傳輸高清晰度時分多路復用電視信號的電視廣播系統的製作方法

2023-10-24 00:13:42 2

專利名稱：傳輸高清晰度時分多路復用電視信號的電視廣播系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用來傳輸時分多路復用電視信號的一種電視廣播系統，在該信號的各行中，依次包括第一、第二和第三部分，這第一、第二和第三部分分別包含比特率為10.125Mb/S的數字式聲音/數據分量、時軸壓縮的色度分量和時軸壓縮的亮度分量。本發明還涉及適合於接收這種系統的電視廣播信號的一種電視接收機。
一種遵循上述描述的時分多路復用電視信號是，例如，就象1985年9月法國總理通信技術秘書處出版的文件「D2-MAC數據包系統的技術要求」(document「SpécificationduSystèmeDZ-MAC/Paquet」PublishedbytheFrench「PremierMinistreSécretariatdEtatchargèdesTechniquesdelaCommunication」inSeptember1985)中所定義那樣的D2-MAC電視信號。
為了獲得足夠高的解析度和對於時軸壓縮的色度和亮度分量壓縮係數的依賴性，已知的時分多路復用電視信號具有顯著大於傳統(例如，PAL、SECAM或NTSC)電視信號基帶寬度的基帶寬度。這一點在選擇利用衛星來傳輸的頻譜中信道之間的間隔時已經考慮到了。還依賴於調製的形式、選擇性的要求等因素，這種信道之間的間隔確定了電視廣播系統的信道基帶寬度，該信道基帶寬度表示每一個衛星信道所能傳輸的基帶信號的最大寬度，這一寬度以下簡稱為信道寬度。但是，現有傳輸媒介(例如，傳統的電纜電視網絡)的信道寬度一般要比衛星傳輸通路的信道寬度小得多，並且被限制到，例如最後提到的傳統電視信號基帶寬度的數量級。然而，已知的時分多路復用電視信號通過這樣較窄頻帶的信道寬度來傳輸時並不會造成數據信息的丟失，因為比特率為所述值時，數字式聲音/數據分量的信號能量主要位於最後提到的信道寬度之內，而且，對於此信道寬度以外的頻率範圍內，時軸壓縮的亮度分量所進行的抑制僅引起圖象清晰度可以接受的損失。所以，完全可以把在電視衛星中作為調頻信號通過寬帶衛星信道傳輸的D2-MAC電視信號接收下來、解調成基帶信號，再對合適的載波重新進行調幅，以便通過傳統的電纜電視網絡進行分配，而不必把每一個信號分量進行多路分離、再重新多路復用到一起，這就使得不僅新的寬帶傳輸媒介、而且帶寬更為有限的傳統傳輸媒介、以及這兩類媒介的組合，對於已知的時分多路復用電視信號來說，都是透明的。
但是，這種信號透明性是以信道容量為代價的。實際上，在以前建議的時分多路復用電視信號中，例如，特別是在1986年10月歐洲廣播聯盟(EBU)出版的工藝3258-E《復用模擬分量(MAC)-數據包族系統的技術要求》(EBUPublicationTech.3258-E「SpecificationoftheSystemsfortheMAC/Packetfamily」ofOctober1986)裡規定的所謂C-MAC和D-MAC電視信號中，對於聲音/數據分量的比特率規定為20.25Mb/s，這使得在10.125MHz的信道寬度內能夠包括最先提到的時分多路復用電視信號中數字聲音/數據分量兩倍那樣多的信息。但是，這樣高的比特率使得通過現有的傳統傳輸媒介來傳輸信號時，就不可能不丟失基本信息了。
本發明的目的是，提高本文開始第一段所描述那種電視廣播系統的傳輸容量，同時，保持上述信號透明性，並提供適合於接收這種系統中電視廣播信號的一種電視接收機。
根據本發明，這樣的電視廣播系統是以另一個信號分量為特徵的，這另一個信號分量包含到第一部分中，它和數字式聲音/數據分量一道構成了基帶寬度最多等於電視廣播系統的信道基帶寬度的頻分多路復用信號。
本發明利用了這一事實，聲音/數據分量的頻率範圍顯著小於可以用來傳輸這一分量的信道寬度。根據這一看法，通過引入一個附加的子信道，把該子信道與聲音/數據分量一道以頻分多路復用方式包含到第一部分中去，就能把整個可用的信道寬度利用到最佳限度，並能保持信號的透明性。
當採用本發明的方法時，第一段所描述的那種電視廣播系統的傳輸容量隨另一個信號分量而增大。同時，獲得了預計的信號透明性，這是因為例如，在進行了可能的FM/AM(調頻/調幅)變換以後、由於通過傳統的電纜電視網絡進行窄帶分配的結果，即使抑制了這另一個信號分量，原始的聲音/數據分量仍保持原封不動，而且，限制了帶寬的時分多路復用電視信號與已知的時分多路復用電視信號是兼容的。
適合於接收本發明電視廣播系統的時分多路復用電視信號的一種電視接收機是以頻分多路分離裝置為特徵的，該頻分多路分離裝置用來對於包含在時分多路復用電視信號第一部分中的聲音/數據分量和另一個附加信號分量進行頻分多路分離。
這樣的電視廣播系統的特徵最好在於另一個附加信號分量是在副載波頻率上抑制載波的調幅信號，該副載波頻率最多相應於電視廣播系統中信道基帶內的最高頻率，這種電視廣播系統的傳輸特性在副載頻處具有低通奈奎斯特邊界。
當採用這種方法時，把可用的信道容量利用到最佳限度，同時，當解調另一個附加信號分量時，能防止摺疊。
為了以簡單的方法在發射機端把另一個附加信號分量頻分多路復用進去、在接收機端把該分量頻分多路分離出來，這另一個附加信號分量被調製到副載波頻率上，該副載波頻率對於數字式聲音/數據分量的時鐘頻率有固定的比值，並且，本發明的電視接收機是以副載頻再生裝置為特徵的，把聲音/數據分量的時鐘頻率加到該副載頻再生裝置上，從此引起本地的副載頻，並把該本地副載頻耦合到上述頻分多路分離裝置上。
在另一個優選實施例中，最後提到的電視廣播系統的特徵在於，這另一個附加信號分量包括數字式信息。
為了使得在奈奎斯特邊界位置上的幅度衰減對於接收到的另一個附加信號分量的信/噪比的影響儘可能小，實現了這種奈奎斯特邊界的接收機是以低通奈奎斯特濾波器為特徵的，這個低通奈奎斯特濾波器在時分多路分離裝置之前，並在副載頻處具有奈奎斯特點。
下面將參考附圖，通過實例，較為詳細地描述本發明，其中

圖1示出根據本發明的電視廣播系統中時分多路復用電視信號行周期的時間圖;
圖2示出出現於時分多路復用電視信號第一部分期間的頻分多路復用信號的基帶頻譜;
圖3為用於根據本發明電視廣播系統中電視發射機的原理方框圖;
圖4示出適合於與圖3電視發射機配用的根據本發明的電視接收機。
圖1示出根據本發明的時分多路復用電視廣播信號行周期的時間圖，該時間圖依次包括第一部分為11微秒，箝位期為1微秒，第二部分為17微秒和第三部分為34微秒;這些部分分別包含數字式聲音/數據分量S/D，箝位電平C，時軸壓縮的色度(彩色)分量U/V和時軸壓縮的亮度分量Y。
到目前為止提到的這些分量的技術要求相應於以上引用文件中所規定D2-MAC電視信號的技術要求。對於很好地了解本發明，只要知道聲音/數據分量是雙二進位編碼的，其比特率為10.125Mb/S，而且，時軸壓縮的亮度分量的基帶寬度可以是8.4或10.125MHz就足夠了。時軸壓縮的色度分量的基帶寬度顯著小於上述最低值，所以，對於很好地了解本發明來說，是不重要的。通過基帶寬度小於8.4MHz的信道〔例如，在傳統的電纜電視(CATV)分配網絡中，約為5.5MHz〕傳輸時，僅引起圖象清晰度的損失。
圖2示出在本發明電視廣播系統中時分多路復用電視信號第一部分內頻分多路復用信號的基帶頻譜。曲遞D2示出雙二進位編碼的聲音/數據分量S/D的頻譜變動。由於是所述雙二進位編碼和比特率為10.125Mb/s，所以，fD2具有餘弦跌落特性，並在S/D的時鐘頻率之半 (fcl)/2 處(即，5MHz左右)為零。
根據本發明的另一個附加信號分量FS與S/D一道，以頻分多路復用方式出現在第一部分中，在所示情況下，FS的下邊帶位於電視廣播系統的信道基帶寬度大於S/D基帶寬度的一個範圍內，即在 (fcl)/2 與fcl＝10.125MHz之間的範圍內。實際上，由於選擇性的原因，把信道基帶寬度選得稍大於最後提到的數值，並且提供足夠的間隔以便把處於所謂殘留邊帶調製形式(即，下邊帶和部分上邊帶)中的另一個附加信號分量包含到頻分多路復用信號中。在相關的圖2中，藉助於虛線曲線fFs，作為實例，示出了FS的頻譜。應該指出，根據本發明的電視廣播系統可以包括窄帶傳輸媒介，例如，傳統的CATV分配網絡，所以，信號傳輸發生於寬帶和窄帶信道中。但是，本申請中所用電視廣播系統的信道基帶寬度這一術語，涉及本系統中的最寬信道，通常是衛星通路中的信道。
原則上，各種調製形式，例如雙邊帶調幅、殘留邊帶調幅、抑制副載波或不抑制副載波的單邊帶調幅、跟隨有適當濾波的調頻或調相均可用於FS這樣的頻譜位置。另一個附加信號分量最好是在最後提到的上半個範圍內的副載波頻率fsc上、抑制載波的雙調幅，而且，這另一個附加信號分量包括數字式信息。通過把fsc選為信道基帶的最高極限頻率，即8.4或10.125MHz(如圖2)，並在此最高頻率處使信道傳輸特性具有低通奈奎斯特邊界，把信道容量利用到最佳限度。所以，FS的頻譜，即由所用奈奎斯特濾波器斜率確定的下邊帶和部分上邊帶，和S/D一道以頻分多路復用形式，在殘留邊帶狀態下發射出去。
藉助於圖3所示發射機可以實現這樣的調製。該發射機包括圖象信號變換器1，通過三個輸入端，把來自視頻信號源(未示出)的電視圖象信號的基色信號R、G、B加到1上，並把這三個基色信號變換成兩個色度分量U和V，以及一個亮度分量Y。通過耦合到圖象信號變換器1上的彩色濾波器2，色度分量通過耦合到圖象信號變換器1的數字色度信號濾波器2後，直接加到壓縮電路3，而亮度分量Y則直接加到這個壓縮電路上。在該壓縮電路中，對這些分量進行壓縮，其方法是通過把這些分量從其原始基帶寬度，例如，約為1.6MHz和5.6或6.75MHz，分別形成約為4.8MHz和8.4或10.125MHz的基帶寬度。實際上，把對於U和Y分量的壓縮係數選為3，把對於Y分量的壓縮係數選為 3/2 ，則已壓縮的U/V和Y分量的持續時間形成了前面提到的、對於第二和第三部分的數值，即17微秒和34微秒。由於可用的信道寬度是有限的，所以，把U和V分量逐行交替地傳輸，並組合成單一的色度分量U/V。接著，把這樣獲得的、經時軸壓縮的色度和亮度分量(U/V和Y)加到與壓縮電路3耦合的時分多路復用裝置4上，再通過發射機的調製和輸出級5，把4的輸出連接到發射機天線TA上。
所示發射機還包括具有8個音頻輸入端Ia1-Ia8的音頻處理部分6，單聲和/或立體聲音頻信號就加到Ia1-Ia8上。這些音頻信號在音頻處理部分6中被數位化，接著，把它們加到與音頻處理部分6耦合的聲音/數據處理器7上，處理器7還從數據輸入端Id1-Idn接受幾個數字信息的信號。聲音/數據處理器7以上述數字聲音和數據信號形成數據包結構的二進位聲音/數據信號S/D，從聲音/數據處理器7的輸出端D2把該數據包結構的二進位聲音/數據信號S/D送出去。通過用來把S/D壓縮到第一部分的持續期間內，其比特率為10.125Mb/s的時鐘控制的壓縮電路8、用來對於時軸壓縮的聲音/數據分量S/D進行雙二進位編碼的雙二進位編碼電路9、用來選擇S/D的基帶頻譜fD2的低通濾波器10和以下將要描述的加法器11，把處理器7的輸出耦合到時分多路復用裝置4上。在時分多路復用裝置4中，所述U/V、Y和S/D分量形成圖1中以時間函數所示的時分多路復用電視信號，其中，S/D具有圖2中fD2所示的頻譜。到目前為止，就S/D分量，U/V、Y和S/D的時分多路復用分配，以及壓縮係數來說，所描述的時分多路復用電視信號相應於從前面引用的EBU文件中已知的D2-MAC電視信號，並且如前所述，該時分多路復用電視信號的基帶寬度可以為8.4和10.125MHz。最佳信號傳輸所要求的信道基帶寬度應該至少等於這個值。應該指出，在某些情況下，基帶寬度為8.4MH2的時分多路復用電視信號可能通過基帶寬度為10.125MH2的信道來傳輸。對於很好地了解本發明來說，到目前為止所描述電路的工作都不需要作任何進一步的解釋。
根據本發明的發射機還包括另一個時鐘控制的壓縮電路12，把另一個附加信號分量FS通過輸入端IFs以數字形式加到12上。在壓縮電路12中，根據壓縮電路8中的S/D，對於數字式的另一個信號分量FS進行時軸壓縮，這使得S/D和FS以互相相等的時鐘頻率、在同一持續期間內同時出現。所以，壓縮電路8和12由共同的時鐘輸入Icl來控制。壓縮電路12耦合到雙二進位編碼電路13上。雙二進位編碼電路13的工作可相應於雙二進位編碼電路9，13之後為用作調製器14的乘法器電路，在14中，雙二進位編碼的另一個附加信號分量FS在副載波頻率fsc上進行抑制載波的雙邊帶調幅(DSB AMSC)。把副載頻fsc與聲音/數據分量S/D的時鐘頻率fcl在頻率發生電路15中結合起來，15接於時鐘輸入端Icl與調製器14的載波輸入端之間，而且，fsc可選為等於 5/6 fcl(8.4MHz左右)或fcl(10.125MHz，這等於電視廣播系統中信道基帶的最高頻率)。通過適當選擇的帶通濾波器16，把調製器14耦合到加法器11上。帶通濾波器16選擇另一個附加信號分量FS頻譜fFs的殘留邊帶部分，把選出的頻譜在加法器11中與S/D的頻譜fD2相加，形成圖2所示的頻分多路復用信號，該頻分多路復用信號在相應於第一部分的持續期間內周期性地出現(以下簡稱為S/D、FS-FMX信號)。對於這個周期性出現的S/D、FS-FMX信號進行進一步的時分多路復用處理，相應於在已知的D2-MAC電視廣播系統中對單一S/D分量進行的時分多路復用處理，即，在時分多路復用裝置4中，把S/D、FS-FMX信號包含在第一部分中，形成根據本發明的時分多路復用電視信號。應該指出，在時分多路復用裝置4以後，對於S/D、FS-FMX信號的高端可能還要進行濾波。這另一個附加信號分量可以是模擬式或數字式的。
圖4示出適合於與圖3電視發射機配用的根據本發明的電視接收機。所示電視接收機具有接收機部分17，在17中，把欲收的射頻時分多路復用電視信號選擇出來，把它解調並且變換成基帶信號。接收機部分17通過低通濾波器18耦合到時分多路分離裝置19上，18在副載頻fsc處具有奈奎斯特邊界。利用在fsc處的奈奎斯特邊界來防止在進一步處理時分多路復用電視信號時至少是S/D、FS-FMX信號分量中可能出現的摺疊效應。裝置19把時分多路復用電視信號多路分離成各個原始分量U/V、Y、以及所述S/D、FS-FMX信號。把圖象分量U/V加到耦合到多路分離裝置19上的圖象信號處理和顯示裝置20上，在圖象信號處理和顯示裝置20中，對這些分量進行時軸擴展、以及進一步處理和顯示。對於很好地了解本發明來說，到目前為止所描述的電視接收機電路的工作都不需要作任何進一步的解釋。詳細的信息可從，例如Intermetall(冶金技術中)公司的集成D2-MAC解碼器DMA2270的說明書中找到。
時分多路分離裝置19還通過端子21把S/D、FS-FMX信號加到頻分多路分離電路22上，在22中，把S/D、FS-FMX信號多路分離成原始的聲音/數據分量S/D和另一個附加信號分量FS。為此，頻分多路分離電路22包括耦合到端子21上的低通濾波器23和帶通濾波器24，利用23和24從S/D、FS-FMX信號的總頻譜中分別把S/D的頻譜fD2和高達低通濾波器18奈奎斯特邊界的FS的頻譜fFs選擇出來。低通濾波器23通過S/D端子24′耦合到S/D處理裝置25上，在25中，對於S/D分量進行擴展和處理，以便把聲音信號和數據信號分離開來。在聲音處理電路26和數據處理電路27中，分別對於聲音信號和數據信號進行進一步的處理和顯示。
把帶通濾波器24耦合到用作解調器28的乘法器上，利用28把fsc調製的FS分量解調成基帶信號。從副載頻發生電路29把頻率為fsc的本地副載波加到解調器28上。電路29耦合到低通濾波器23的輸出端上，並通過適當地選擇乘數和/或除數從S/D分量的時鐘頻率fcl引出副載頻fsc。在圖2所示情況下，fsc＝fcl。在耦合到解調器28上的低通濾波器30中，把解調到基帶的另一個附加信號分量FS選出並通過FS端子31加到FS的處理裝置32上，在32中，對FS分量進行擴展。並且，如果FS分量是數字式的，就把FS從數據脈衝群變換成連續的數據信號;如果FS分量是模擬式的，就把FS從信號脈衝群變換成時間連續的模擬信號。這另一個信號分量能夠與S和D分量(未示出)的聲音和/或數據信息共同地顯示在耦合到裝置32上的FS顯示裝置33上。
電路32和33的工作可以相應於電路25和26或27的工作，其實施例在集成解碼電路DMA2270中實現了。
勻唬痙⒚韃⒉恢幌抻詼粵硪桓齦郊有藕歐至縁S示出的調製/解調方法。例如，能夠利用例如在《電氣與電子工程師協會議事錄》1981年3月第69卷第3期第300-331頁所載R.E.克羅希爾和L.R.拉維納所寫論文「數位訊號的內插和+中抽-導論」(「Interpolation and Decimation of Digital Signals-A Tutorial Review」by R.E.Crochiere and L.R.Rabiner，Published in Proceedings of the IEEE，Vol.69，no.3，March 1981，pp.300-331)中所描述的內插技術，來實現另一個信號分量從基帶到中心頻率fsc周圍某一範圍以及從中心頻率fsc周圍某一範圍到基帶的頻率轉換。另一種可能是在發射機端對於另一個附加信號分量FS進行差分編碼，使得在接收機中能夠省掉解調，並且能夠直接解碼fsc調製的FS分量，例如就象從第66338號歐洲專利申請中已知的那樣。
還應該指出，利用另一個信號分量FS獲得的信道容量相對於已知D2-MAC電視信號的容量的增大，能夠用來傳輸附加的聲音和/或數據信息，如果由於通過窄帶信道(例如，5.5MH2)傳輸的結果抑制或幹擾了所附加的信息，也不會增大對其它正確傳輸的圖象、聲音和數據信息進行處理和/或顯示時的幹擾。
權利要求
1.用來傳輸時分多路復用電視信號的電視廣播系統，在該信號的各行中，依次包括第一、第二和第三部分，這第一、第二和第三部分分別包含比特率為10.125Mb/S的數字式聲音/數據分量、時軸壓縮的色度分量和時軸壓縮的亮度分量，其特徵在於，在第一部分中插入另一個附加信號分量，該信號分量與數字聲音/數據分量一道，構成了基帶寬度最多等於電視廣播系統的信道基帶寬度的頻分多路復用信號。
2.根據權利要求1的電視廣播系統，其特徵在於另一個附加信號分量是在副載波頻率上、抑制載波的調幅信號，該副載波頻率最多相應於電視廣播系統中信道基帶內的最高頻率，這種電視廣播系統的傳輸特性在副載頻處具有低通奈奎斯特邊界。
3.根據權利要求1或2的電視廣播系統，其特徵在於副載頻與數字式聲音/數據分量的時鐘頻率有固定的比值。
4.根據權利要求1-3中任何一項的一種電視廣播系統，其特徵在於，所述另一個附加信號分量包括數字式信息。
5.根據權利要求1-4中任何一項的電視廣播系統中用的一種發射機，其特徵在於，把另一個附加信號分量的信息和從聲音/數據分量的時鐘頻率引出的調製頻率加到調製器和濾波裝置上，用來在副載波上以所述信息的抑制載波進行幅度調製。
6.根據權利要求1-5中任何一項的電視廣播系統中用的電視接收機，其特徵在於，頻分多路分離裝置用來對於包含在時分多路復用電視信號第一部分中的聲音/數據分量和另一個信號分量進行頻分多路分離。
7.根據權利要求6的電視接收機，其特徵在於，把聲音/數據分量的時鐘頻率加到副載頻再生裝置上，從此引出本地的副載頻，並把本地副載頻耦合到所述頻分多路分離裝置上。
8.根據權利要求6或7的電視接收機包括用來對於所述各部分的分量進行時分多路分離的時分多路分離裝置，其特徵在於，奈奎斯特濾波器連接在時分多路分離裝置之前，並且在副載頻處具有奈奎斯特點。
全文摘要
用來傳輸時分多路復用電視信號的電視廣播系統，在該信號的各行中，依次包括第一、第二和第三部分，這第一、第二和第三部分分別包含比特率為10.125Mb/s的數字式聲音/數據分量、時軸壓縮色度分量和時軸壓縮亮度分量。為了增大傳輸容量同時保持透明性，本發明的時分多路電視信號包括另一個附加信號分量，它被包含到第一部分中，並和數字聲音/數據分量一道構成頻分多路復用信號，該頻分多路復用信號的帶寬最多等於所述兩個時軸壓縮的信號帶寬。
文檔編號H04N7/015GK1034458SQ8810820
公開日1989年8月2日 申請日期1988年11月30日 優先權日1987年12月3日
發明者倫納德斯·約瑟夫·麥可·魯伊滕堡 申請人:菲利溥光燈製造公司