EP0477632A2

Method for the bandsplitting of a signal being sampled with a fundamental sampling frequency in a transmitter and for bringing the bands together in a receiver.

Abstract

By this method, and circuit arrangements for carrying out the method, signals can be asymmetrically transmitted via different band-limited channels. The method is suitable, for example, for transmitting video signals of a 16:9 original image for compatible display on a 4:3 screen of a television receiver.

EP0477632A2, drawing sheet 1
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22 claims: 3 independent, 19 dependent

  1. 1
    Verfahren zum Bandaufspalten eines in einem Sender mit einer Grundabtastfrequenz abgetasteten Signals und zum Zusammenführen in einem Empfänger, wobei das Spektrum des mit der Grundabtastfrequenz abgetasteten Signals überabgetastet und in einer ersten Filteranordnung im Sender in symmetrische Frequenzbänder aufgeteilt wird, die den aus der Bandaufspaltung entstandenen Teilspektren entsprechenden Signale in Abtastschaltungen unterabgetastet werden und die jeweiligen Abtastwerte über bandbegrenzte Kanäle übertragen werden, das empfangene Signal eines jeden Kanals in einer empfängerseitig vorgesehenen Abtastschaltung mit einer der senderseitigen Unterabtastung identischen Abtastrate überabgetastet wird und die so gewonnenen Spektren über eine zweite Filteranordnung zum Originalspektrum zusammengeführt werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:das senderseitig mit der Grundabtastfrequenz abgetastete Signal wird in einer weiteren Abtastschaltung mit einem Faktor M · N überabgetastet und das dabei entstehende Spektrum senderseitig in der ersten Filteranordnung in asymmetrische Frequenzanteile mit einem Tiefpaß- und einem Bandpaßanteil TP/HP = M/N, M, N, ∈ Z, M ≧ N aufgespaltet, wobei das Verhältnis der Bandbreiten des Tiefpasses zum Bandpaß durch die Faktoren M und N bestimmt ist und M, N beliebig wählbare Elemente der Menge der ganzen Zahlen Z (Koeffizientenzahl) sind;der im Tiefpaßzweig übertragene Signalanteil wird mit einer Unterabtastrate N (M + N) abgetastet und die Abtastwerte übertragen;der im Bandpaßzweig übertragene Signalanteil wird mit einer Unterabtastrate M (M + N) abgetastet und die Abtastwerte ebenfalls übertragen;die übertragenen Signale werden empfängerseitig in einer Abtastschaltung mit einer Abtastrate überabgetastet, die gleich der Abtastrate in dem zugeordneten Frequenzbandzweig des Senders ist und über eine zweite Filteranordnung den Eingängen einer Addierschaltung zugeführt und das addierte Ausgangsspektrum wird in einer nachgeordneten Abtastschaltung mit einer Abtastrate M · N unterabgetastet.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das senderseitig überabgetastete Signal vor der Bandaufspaltung durch einen Tiefpaß mit der Grenzfrequenz vorgefiltert und empfangsseitig das durch Addition zurückgewonnene Originalspektrum vor der empfangsseitigen Unterabtastung in einem Tiefpaßfilter mit der gleichen Grenzfrequenz nachgefiltert wird.
  3. 3
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalanteil im Tiefpaßzweig senderseitig mit einer Verzögerungsleitung um - Abtasttakte bei beispielsweise:M=3, N=1;Tiefpaß 2 Takte - und im Bandpaßzweig mit einer Verzögerungsleitung um - Abtasttakte bei Beispielsweise:M=3, N=1;Bandpaß 6 Takte - verzögert wird und empfängerseitig in den Tief- und Bandpaßzweigen umgekehrt verzögert wird, wobei entweder die Verzögerung senderseitig im Tiefpaßzweig und empfängerseitig im Bandpaßzweig oder senderseitig im Bandpaßzweig und empfängerseitig im Tiefpaßzweig erfolgt.
  4. 4
    Verfahren nach Anspruch 1 zur Übertragung eines Fernsehsignals mit synthetischem oder echtem Zeilensprung für eine Bilddarstellung mit einem Seitenverhältnis 16:9 bei voller Abwärtskompatibilität zu Darstellung im Seitenverhältnis 4:3, dadurch gekennzeichnet, daß die senderseitige Bandaufspaltung des Signals in vertikaler Richtung im Verhältnis TP/BP = M/N = 3:1 erfolgt, wobei das Einzelbild in drei Sektionen nach dem Letter-Box-Verfahren aufgeteilt ist und die mittlere Bildsektion über den Tiefpaßzweig übertragen wird und die beiden Randsektionen über den Bandpaßzweig übertragen werden, und daß empfängerseitig entweder ein Tiefpaßzweig oder ein Tiefpaßzweig und ein Bandpaßzweig vorhanden sind oder bei einem herkömmlichen Empfänger mit einem Fernsehbildschirm mit Seitenverhältnis 4:3 dieser die übertragenen Signale des Tiefpaßzweiges empfängt und zur Darstellung bringt.
  5. 5
    Sender zur Durchführung des senderseitigen Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch:einen Interpolator (10) als Tastschaltung für die Überabtastung des mit der Grundabtastfrequenz abgetasteten Eingangssignals, dessen neue Abtastrate ist, eine erste Filteranordnung zur Frequenzbandaufspaltung des überabgetasteten Signals mit einem Tiefpaßfilter (20) mit der Grenzfrequenz einen Bandpaßfilter (21) im zweiten Zweig mit der Grenzfrequenz einen Dezimator (31) zur Unterabtastung des im Tiefpaßzweig übertragenen Signalanteils mit einer Abtastrate N · (M + N) und einen Dezimator (33) zur Unterabtastung des im Bandpaßzweig übertragenen Signalanteils mit einer Abtastrate M · (M + N), wobei der Dezimator (33) mit dem Dezimator (31) synchronisiert ist.
  6. 6
    Sender nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Interpolator (10) am Eingang und der Filteranordnung (20, 21) ein interpolierender Tiefpaß (11) mit einer Grenzfrequenz zwischengeschaltet ist.
  7. 7
    Sender nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Tiefpaßzweig zwischen dem Tiefpaßfilter (20) und dem Dezimator (31) eine Verzögerungsleitung (30) mit einer Verzögerung zwischengefügt ist, und/oder daß zwischen dem Bandpaßfilter (21) im zweiten Zweig und dem nachgeschalteten Dezimator (33) eine Verzögerungsleitung mit der Verzögerung zwischengeschaltet ist.
  8. 8
    Empfänger zur Durchführung des Verfahrens empfängerseitig nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Tiefpaßzweig ein Interpolator (34) mit der Abtastrate N · (M + N) und ein Tiefpaßfilter (40) mit der Grenzfrequenz vorgesehen sind, daß im Bandpaßzweig ein Interpolator (36) für die Überabtastung und ein nachgeschalteter Bandpaßfilter (41) mit einer Grenzfrequenz vorgesehen sind, daß die Ausgänge der Filter (40, 41) mit einer Addierstufe (60) verbunden sind, und daß mit dem Ausgang der Addierstufe (60) ein Dezimator (51) für die Unterabtastung angeschaltet ist, wobei die Interpolatoren (34, 36) mit der Abtastung der Dezimatoren (31, 33) des Senders und der am Ausgang vorgesehene Dezimator (51) mit dem Interpolator (10) am Eingang des Senders synchronisiert sind.
  9. 9
    Empfänger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Interpolator (34) im Tiefpaßzweig und dem Tiefpaßfilter (40) eine Verzögerungsleitung mit einer Verzögerung zwischengefügt ist, und/oder daß zwischen dem Interpolator im Bandpaßzweig (36) und dem Bandpaßfilter (41) eine Verzögerungsleitung mit einer Verzögerung zwischengeschaltet ist.
  10. 10
    Empfänger nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Addierstufe (60) und dem Dezimator (51) ein Tiefpaß mit einer Grenzfrequenz zwischengeschaltet ist.
  11. 11
    Sender und Empfänger nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefpaß- und Bandpaßfilter (20, 21, 40, 41) als digitale FIR-Filter und mit geraden oder ungeraden Koeffizientenzahlen realisiert sind, und daß bei Realisierung mit gerader Koeffizientenzahl die Verzögerungsleitungen entfallen.
  12. 12
    Sender und Empfänger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Realisierung der Filter mit geraden Koeffizientenzahlen die Tiefpaßfilter im Tiefpaßzweig gleich sind und die Bandpaßfilter im Bandpaßzweig sich um den Faktor -1 unterscheiden.
  13. 13
    Sender und Empfänger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaß die Übertragungsfunktionen und die Übertragungsfunktionen des Bandpasses als Modulation der Übertragungsfunktion des Tiefpasses mit dem Sinus folgende Forderung erfüllen:H (Bandpaß) = H (Tiefpaß) · 2 · sin (4π · fg · t).
  14. 14
    Sender und Empfänger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei Realisierung der FIR-Filter mit ungeraden Koeffizientenzahlen zur Drehung des Abtastrasters um 180° in einem der beiden Zweige entweder die Verzögerungsleitungen (30, 37) in dem senderseitigen Tiefpaßzweig und dem empfängerseitigen Bandpaßzweig oder die Verzögerungsleitungen (32, 35) in dem senderseitigen Bandpaßzweig und dem empfängerseitigen Tiefpaßzweig vorgesehen sind.
  15. 15
    Sender und Empfänger nach Anspruch 11 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaß die Übertragungsfunktionen und die Übertragungsfunktionen des Bandpasses als Modulation der Übertragungsfunktion des Tiefpasses mit dem Cosinus folgende Forderung erfüllen:H (Bandpaß) = H (Tiefpaß) · 2 · cos (4π · fg · t).
  16. 16
    Sender zur Durchführung des senderseitigen Verfahrens nach Anspruch 4 , gekennzeichnet durch einen Videosignalgenerator (Kamera), welcher an seinem Ausgang ein Breitbild-Videosignal mit einem ersten Bildbreiten- zu Bildhöhen-Verhältnis und einer ersten Zeilenzahl zur Verfügung stellt, eine erste Filteranordnung zur Aufspaltung des Breitbild-Videosignals in vertikal-niederfrequente und vertikal-höherfrequente Ortsfrequenz-Signalanteile, einen Tiefpaßfilter als ersten Zeilenzahlkonverter zur Herabsetzung der Zeilenzahl der vertikal-niederfrequenten Ortsfrequenz-Signalanteile, einen Bandpaßfilter als Zeilenzahlkonverter zur Herabsetzung der Zeilenzahl der vertikal-höherfrequenten Orstfrequenz-Signalanteile, eine Schaltung zur Amplitudenreduzierung der vertikal-höherfrequenten Orstfrequenz-Signalanteile, derart, daß die Signalpegel der vertikal-höherfrequenten Ortsfrequenz-Signalanteile im Ultraschwarzbereich liegen, eine Unterabtastschaltung im Tiefpaß- und im Bandpaßzweig.
  17. 17
    Sender nach Anspruch 16 zur Frequenzbandaufspaltung im Verhältnis TP/BP = 3:1 für die kompatible 16:9-Übertragung in 4: 3 PAL-Systemen, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpolator (10) das von einem Videosignalgenerator mit einer Grundtaktfrequenz abgetastete Eingangssignal konvertiert, ein nachgeschalteter Tiefpaß (11) das Signalspektrum begrenzt, und daß nach der anschließenden Aufspaltung des spektralbegrenzten Signals im Tiefpaßzweig bei Verwendung eines FIR-Filters mit ungerader Koeffizientenzahl einer Verzögerungsleitung (30) zugeführt wird, die das Signal um zwei Zeilen verzögert, oder daß im Bandpaßzweig die Bandpaßanteile einer Verzögerungsleitung (32) zugeführt werden, die das Signal um sechs Zeilen verzögert, und daß die Unterabtastung im Dezimator (31) vierfach und im Dezimator (33) im Bandpaßzweig zwölffach erfolgt, wobei die Verzögerungsleitung (30) nur bei Einsatz von FIR-Filtern mit ungerader Koeffizientenzahl der sender- und empfangsseitigen Filteranordnung benötigt wird.
  18. 18
    Empfänger zur Darstellung von in einem Sender nach Anspruch 17 erzeugten und übertragenen Videosignalen, gekennzeichnet durch einen Interpolator im Tiefpaßzweig, der das empfangene Signal mit einer vierfachen Abtastrate überabtastet, einer bei ungerader Koeffizientenzahl der FIR-Filter benötigten nachgeschalteten Verzögerungsleitung, die das Signal um sechs Zeilen verzögert und einem Interpolator im Bandpaßzweig, der das eingehende Signal mit einer zwölffachen Abtastrate überabtastet, einer bei ungerader Koeffizientenzahl der FIR-Filter benötigten nachgeschalteten Verzögerungsleitung, die das Signal um zwei Zeilen verzögert, FIR-Filtern im Tiefpaß- und Bandpaßzweig und einem der Addierstufe nachgeschalteten Tiefpaßfilter und einem diesem Tiefpaßfilter nachgeschalteten Dezimator zur Dreifachunterabtastung, von dem das Ausgangsspektrum abgreifbar ist.
  19. 19
    Sender und Empfänger nach Anspruch 17 und 18 für den Einsatz zur Übertragung und Darstellung eines Vollbildes durch progressive Darstellung oder eines nach dem Zeilensprungverfahren übertragenen Bildes, dadurch gekennzeichnet, daß bei der progressiven Bilddarstellung in dem Tiefpaßkanal 432 bzw. beim Zeilensprungverfahren 216 Zeilen übertragen werden, daß in dem Bandpaß die Signale der beim progressiven Verfahren abgetrennten Zeilen 1 bis 72 und 505 bis 576 und beim Zeilensprungverfahren 72 Zeilen entsprechend den Zeilen 1 bis 36 und 253 bis 288 übertragen werden, und daß die Zeilen bei Darstellung auf einem Bildschirm 16:9 im Letter-Box-Verfahren aus beiden Übertragungskanälen zusammengeführt werden und bei der Darstellung auf einem 4:3 Bildschirm nur die Zeilen aus dem ersten Tiefpaßübertragungskanal dargestellt werden.
  20. 20
    Sender nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaßfilter (20) das Spektrum auf 432 L/PH (-3dB) bzw. auf 216 L/PH (-3dB) begrenzt und der Wert der Grenzfrequenz des Bandpaßfilters (40) ist.
  21. 21
    Sender und Empfänger nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschaltungen und die Verzögerungsschaltungen durch Speicherschaltungen realisiert sind.
  22. 22
    Sender und Empfänger nach Anspruch 15 oder Sender nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß empfängerseitig der Interpolator (34) oder der Tiefpaß (40) eine Verstärkung um N · (M + N) und der Interpolator (36) oder der Bandpaßfilter (41) im Bandpaßzweig eine Verstärkung um M · (M + N) ausführen.
Independent claims22