DE4423226C1

DE4423226C1 - Digitaler Dekoder für Videosignale und Verfahren zur digitalen Dekodierung von Videosignalen

Info

Publication number: DE4423226C1
Application number: DE4423226A
Authority: DE
Inventors: Walter Demmer
Original assignee: Harris Corp
Current assignee: Harris Corp
Priority date: 1994-07-01
Filing date: 1994-07-01
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2014-07-02
Also published as: CA2152660A1; DE69506952T2; JPH0846999A; DE69506952D1; EP0690632A1; US5621477A; KR960006579A; EP0690632B1

Description

Die Erfindung betrifft einen digitalen Dekoder für zusammengesetz te Videosignale und ein Verfahren zur digitalen Dekodierung von Videosignalen, welche ein Helligkeitssignal und zwei Farbdif ferenzsignale aufweisen, die nach dem Quadraturamplitudenmodula tionsprinzip einen Farbhilfsträger modulieren (NTSC/PAL).

Farb-Videosignale, sogenannte Composit Video, Blanking und Syn chronisations-Signale (CVBS), sind im wesentlichen zusammengesetzt aus einem Helligkeitssignal oder einer Luminanzkomponente (Y), zwei Farbdifferenzsignalen oder Chrominanzkomponenten (U, V bzw. I, Q), vertikalen und horizontalen Synchronisierungssignalen (VS, HS) und einem Austastsignal (Blank; BL). Der Aufbau eines zusam mengesetzten Videosignals (CVBS) sowie der entsprechenden Y-, U- und V-Signale ist in Fig. 1 gezeigt.

Fig. 1a zeigt ein zusammengesetztes Videosignal für ein EBU (Euro pean Broadcasting Union) Farbbalken-Testsignal, wobei der Lumi nanzkomponente Y die sechs zu den vertiklen Farbbalken gehörenden Farbartwerte in "Trägerpaketen" mit Farbträgerfrequenz additiv überlagert sind. Für die Farbträgergenerierung wird ein farbhilfs trägerfrequenter Synchronisierimpuls, Burst, direkt hinter dem Zeilensynchronimpuls, SYNC, übertragen. Die Burstphase und die Burstamplitude dienen als Referenzgrößen zur Bestimmung der Farbart und der Farbsättigung des demodulierten Signals welches durch die einzelnen Trägerpakete repräsentiert ist.

Die verschiedenen bei den bekannten Farbfernsehnormen eingeführten Codierverfahren, NTSC, PAL und SECAM, unterscheiden sich in der Art der Chrominanzübermittlung, insbesondere verwenden die ver schiedene Systeme unterschiedliche Farbhilfsträgerfrequenzen und unterschiedliche Zeilenfrequenzen.

Bei der digitalen Videosignalverarbeitung und -dekodierung unter scheidet man im Stand der Technik grundsätzlich zwischen zwei Sy stemarchitekturen. Dies sind die Burst-Locked-Architektur und die Line-Locked-Architektur, d. h. Systeme die jeweils mit Abtastfre quenzen für das Videosignal arbeiten, welche phasenstarr zu der mit dem Burstimpuls übermittelten Farbhilfsträgerfrequenz bzw. phasenstarr zur Zeilenfrequenz erzeugt werden.

Bei Dekodern mit einer Burst-Locked-Architektur wird die Ab tastfrequenz so gewählt, daß sie einerseits nicht zu hoch ist, um die Verlustleistung gering zu halten, und daß andererseits das Nyquist-Theorem erfüllt ist, d. h. f_a<2·fsc (Abtastfrequenz < 2 Farbhilfsträgerfrequenz). Für eine problemfreie Verarbeitung des modulierten Farbträgers im Dekoder eignet sich eine Abtastfre quenz, die einem gradzahligen Vielfachen des Farbhilfsträgers ent spricht.

Bei Line-Locked-Architekturen wird der Takt des digitalen Systems von der Zeilenfrequenz abgeleitet, und er beträgt ein ganzzahliges Vielfaches der Zeilenfrequenz, so daß eine ganzzahlige Anzahl von Bildpunkten pro Zeile erzeugt werden.

Obwohl das Burst-Locked-System Vorteile hinsichtlich des minimalen Aufwandes für die Farbdekodierung hat, hat dieses System unter anderen Gesichtspunkten auch wesentliche Nachteile, beispielsweise bei der horizontalen und vertikalen Synchronisierung sowie bei Multinorm- und "nicht-Norm" -Anwendungen. Da das Abtastverfahren im wesentlichen nicht-orthogonal ist, eignet sich das Burst-Locked- System nur für die direkte Darstellung von Bildern auf einem Bild schirm, nicht jedoch zum Erzeugen von Daten für Festrasteranwen dungen, beispielsweise für Feld- oder Bildspeicher oder für Bild wiederholeinrichtungen, in einer PC-Umgebung.

Andererseits sind Line-Locked-Systeme zwar für Bild-, Zeilen- und Feldspeicheranwendungen sowie die digitale Videobildverarbeitung im Multinormbetrieb wesentlich besser geeignet, mit ihnen sind je doch neue Probleme entstanden. Für sie gilt insbesondere, daß we sentlich komplexere Farbdekoder notwendig sind, daß die Analog takterzeugung einen hohen Schaltungsaufwand erfordert und daß die Anforderungen an die maximal tolerierbaren dynamischen Nichtlinea ritäten der A/D-Umsetzer und der vorangehenden analogen Signalver arbeitungsstufen sehr hoch sind.

Bei digitalen Videosignal-Dekodern nach dem Stand der Technik sind, unabhängig davon, ob sie nach dem Burst-Locked-Prinzip oder dem Line-Locked-Prinzip arbeiten, die funktionalen Elemente des Blockschaltbildes des Dekoders, wie Trennschaltkreis für Luminanz signal/Chrominanzsignal, Bandpaßfilter, Steuer- und Einstellglie der und FM-Demodulatoren für die Farbdifferenzsignale, in getrenn ten Funktionsblöcken realisiert und als solche grundsätzlich auch wiederauffindbar. Dabei wird in Kauf genommen, daß bezüglich ähn licher Aufgaben bei gleichen Teilfunktionen Redundanzen entstehen, weil das Blockschaltbild im wesentlichen direkt umgesetzt wird.

Die Signalverarbeitung erfolgt entweder direkt im Zeit- bzw. Pix elbereich oder nach einer entsprechenden Transformation des digi talisierten Videosignales im Frequenzbereich, wobei das dekodierte Signal dann in den Zeit- bzw. Pixelbereich zurücktransformiert wird. Für die Transformation des Videosignals vom Pixel-Bereich in den Frequenzbereich werden bei digitalen Dekodern nach dem Stand der Technik in der Regel die Fouriertransformation oder die dis krete Cosinustransformation eingesetzt, wobei letztere den Vorteil hat, daß sie weniger Multiplizierer benötigt als die Fouriertrans formation. Die Realisierung solcher digitaler Videosignaldekoder erfordert bisher gleichwohl einen relativ großen Schaltungsaufwand. Insbesondere die für die Transformationen erforderlichen Multipli zierer erhöhen den Aufwand zu Realisierung des digitalen Dekoders in einem IC erheblich.

Aus der DE-A 31 50 203 ist grundsätzlich ein Verfahren zur Kodierung/Dekodierung von Videosignalen bekannt, bei dem Zwischenwerte durch Anwendung einer Walsh-Hadamard-Transformation gebildet werden. Eine Dekodierung des Videosignales im Sinne einer Trennung des Videosignales in seinen Luminanz- und seinen Chrominanzteil wird dabei jedoch nicht erreicht.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, zur Auftrennung eines Videosignals einen Dekoder für digitale Vi deosignale und ein Verfahren zur digitalen Dekodierung von zusam mengesetzten Videosignalen bereitzustellen, welche mit geringerem Schaltungs- und Rechenaufwand realisierbar sind als die bisher be kannten Dekoder und Verfahren.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von An spruch 1 bzw. einen digitalen Dekoder mit den Merkmalen von An spruch 10 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur digitalen Dekodierung von zusammengesetzten Videosignalen (CVBS), welche ein Helligkeitssi gnal (Luminanzkomponente Y) und zwei Farbdifferenzsignale (Chromi nanzkomponenten U, V) aufweisen, die nach dem Quadraturamplituden modulationsprinzip einen Farbhilfsträger modulieren vorgeschlagen, bei dem (a) eine Anzahl (N) von Abtastwerten des Videosignals mit tels einer Walsh-Hadamard-Transformation (WHT) vom Pixel-Bereich in den WHT-Bereich transformiert werden, (b) die Farbdiffe renzsignale (U, V) als bestimmte WHT-Koeffizienten der sich erge benden WHT-Matrix abgleitet werden, (c) die die Farbdifferenzsi gnale (U, V) bestimmenden WHT-Koeffizienten von der WHT-Matrix subtrahiert werden, (d) die WHT-Matrix mittels einer inversen Walsh-Hadamard-Transformation (IWHT) in den Pixel-Bereich zurück transformiert wird und (e) das Helligkeitssignal (Y) von dem Er gebnis der IWHT abgeleitet wird.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Schritt (a): (a1) die Abtastwerte des Videosignales um eine Zeile verzögert, (a2) jeweils N Abtastwerte der aktuellen Zeile und N Abtastwerte der verzögerten Zeile mittels einer vertikalen WHT transformiert und (a3) die sich ergebenden WHT-Koeffizienten mittels einer horizontalen WHT transformiert.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn in Schritt (a2): N Ab tastwerte der verzögerten Zeile zu entsprechenden N Abtastwerten der aktuellen Zeile addiert werden, um ein Tiefpaßfilter zu bil den, und diese N Abtastwerte der verzögerten Zeile von diesen N Abtastwerten der aktuellen Zeile subtrahiert werden, um ein Hochpaßfilter zu bilden, und die vertikalen Summen- und Differenz werte als Eingangswerte für die horizontale WHT dienen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines Dekoders nach der Erfindung wird das Videosignal mit einer Abtastfrequenz von vier mal der Farbhilfsträgerfrequenz (4 · fsc) digitalisiert, so daß bei PAL-Videosignalen 1135 Abtastwerte pro Zeile erzeugt werden und bei NTSC-Videosignalen 910 Abtastwerte pro Zeile erzeugt wer den.

Dabei ist es besonders günstig, wenn N = 4 oder N = 8.

Ferner kann vorgesehen sein daß nach Schritt (a) die sich ergeben de WHT-Matrix mit einer Steuer- und Einstellmatrix multipliziert wird.

Die Erfindung sieht bei einer Ausführungsform vor, daß der nieder wertigste WHT-Koeffizient (WHT_0,0) der WHT-Matrix zum Ableiten des Zeilensynchron-Impulses des Videosignales verwendet wird.

Zusätzlich können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Vermin derung von Rauschen WHT-Koeffizienten geringer Größe, WHT_x,y« WHT_Mittel, unterdrückt werden.

Schließlich kann vorgesehen sein, daß zur Verminderung von Quanti sierungsrauschen WHT-Koeffizienten höherer Ordnung mit einer ge ringer Genauigkeit (Auflösung) wiedergegeben werden als WHT-Koef fizienten niederer Ordnung.

Die Erfindung sieht ferner einen digitalen Dekoder für zusammen gesetzte Videosignale (CVBS), welche ein Helligkeitssignal (Lumi nanzkomponente Y) und zwei Farbdifferenzsignale (Chrominanzkompo nenten U, V) aufweisen, vor, mit einer Transformationsvorrichtung, welche eine Anzahl (N) von Abtastwerten des Videosignals mittels einer Walsh-Hadamard-Transformation (WHT) vom Pixel-Bereich in den WHT-Bereich transformiert, einer Einstellvorrichtung, welche die WHT-Koeffizienten der sich ergebenden WHT-Matrix mit Steuer- und Einstellparametern multipliziert, wobei die Einstellvorrichtung einen Ausgang zum Ableiten bestimmter WHT-Koeffizienten als die Farbdifferenzsignale (U, V) aufweist, und einer inversen Transfor mationsvorrichtung, welche die übrigen WHT-Koeffizienten der WHT- Matrix mittels einer inversen Walsh-Hadamard-Transformation (IWHT) in den Pixel-Bereich zurücktransformiert und als das Helligkeits signal (Y) ausgibt.

Bei dem erfindungsgemäßen Dekoder umfaßt die Transformationsvor richtung vorzugsweise eine vertikale und eine horizontale (35) WHT-Vorrichtung, die in Reihe geschaltet sind.

Die vertikale Transformationsvorrichtung weist gemäß einer bevor zugten Ausführungsform der Erfindung folgende Merkmale auf: eine Verzögerungsvorrichtung, welche die Abtastwerte des Videosi gnales um eine Zeile verzögert, einen Addierer, der N verzögerte Abtastwerte mit entsprechenden N Abtastwerten der aktuellen Zeile addiert, um ein Tiefpaßfilter zu bilden, einen Subtrahierer, der die N verzögerten Abtastwerte von den N Abtastwerten der aktuellen Zeile subtrahiert, um ein Hochpaßfilter zu bilden, und einen Mul tiplexer, um wahlweise die vertikalen Summen- und Differenzwerte als Eingangswerte für die horizontale Transformationsvorrichtung aus zugeben.

Die horizontale Transformationsvorrichtung weist gemäß einer be vorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Addierwerk auf, wel ches die folgende Operation ausführt:

wobei F(u,v,t) die transformierten Koeffizienten im WHT-Bereich sind, f(x,t) die Abtastwerte im Pixel-Bereich sind und Φ_u,v die Walsh-Hadamard-Transformationsmatrix ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Dekoder gilt vorzugsweise N=4.

Gemäß einer Ausführungsform der Erindung weist die horizontale Transformationsvorrichtung (35) acht Addierer (50-57) auf, von denen jeweils vier parallel geschaltet sind, wobei die Aus gangssignale der ersten vier Addierer als Eingangssignale der zweiten vier Addierer dienen, so daß die folgende Gleichung er füllt ist:

Bei dem erfindungsgemäßen Dekoder kann einen Eingangs-Abtastraten umsetzer vorgesehen sein, der die mit einer ersten vorgegebenen Taktfrequenz digitalisierten Eingangs-Abtastwerte des Videosignals (CVBS) in Soll-Abtastwerte einer zweiten virtuellen Abtastfrequenz von viermal der Farbhilfsträgerfrequenz (4 · fsc) umsetzt.

Die Einzelfunktionen des digitalen Dekoders können mittels Matri zen ausgedrückt werden. Durch Multiplikation dieser Matrizen kann die gesamte Funktion des Dekoders in einer Produktmatrix darge stellt werden, die durch eine im folgenden noch beschriebene Schaltung realisierbar ist. Die Steuerung und die Einstellung von Parametern des Dekoders, wie Helligkeit, Kontrast, Farbsättigung, Farbintensität und dgl., kann dann zentral erfolgen, wobei Redun danzen vermieden werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur digitalen Dekodierung und dem digitalen Dekoder nach der Erfindung wird das abgetastete Vi deosignal mittels einer Walsh-Hadamard-Transformation (WHT) vom Pixel-Bereich in den WHT-Bereich transformiert, und die Fardif ferenzsignale und das Helligkeitssignal werden von der sich erge benden WHT-Matrix abgeleitet. Die WHT wirkt im wesentlichen wie ein Satz von Filtern, wobei den Koeffizienten der WHT-Matrix je weils ein bestimmter Durchlaßbereich zugeordnet ist und mit stei gender Ordnung der WHT die Bandbreite der einzelnen Filter ab nimmt, die Anzahl der Filter dagegen entsprechend zunimmt. Die Walsh-Hadamard-Transformation hat ferner den besonderen Vorteil, daß sie ausschließlich mit Addierern realisierbar ist. Unter der Annahme, daß die Taktfrequenz des digitalen Dekodersystems viermal die Farbhilfsträgerfrequenz eines zusammengesetzten Videosignales (CVBS) der Normen NTSC oder PAL ist, liefert die WHT ein einfaches und geeignetes Mittel zur Demodulation und Dekodierung der Chromi nanzinformation (U, V).

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein zusammengesetztes EBU-Farbbalken-Videosignal (CVBS) und die entsprechenden Y-, U- und V-Signale,

Fig. 2 die Spektren der Transformationskoeffizienten einer 1×4 WHT,

Fig. 3 die Spektren der Transformationskoeffizienten einer 1×8 WHT,

Fig. 4 das Schaltbild einer 1×4 WHT und einer 1×4 IWHT,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des digitalen Dekoders nach der Erfindung,

Fig. 6 ein Schaltbild zur Realisierung der vertikalen WHT für den Dekoder von Fig. 5,

Fig. 7 ein Schaltbild zur Realisierung der horizontalen WHT für den Dekoder von Fig. 5,

Fig. 8 ein Schaltbild zur Realisierung der Steuerung und Ein stellung des Dekoders von Fig. 5,

Fig. 9 ein Schaltbild zur Realisierung der horizontalen IWHT für den Dekoder von Fig. 5,

Fig. 10 ein Schaltbild zur Realisierung der vertikalen IWHT für den Dekoder von Fig. 5 und

Fig. 11 bis Fig. 20 Graphiken des räumlichen Frequenzganges der einzelnen WHT-Koeffizienten bzw. der Chrominanz- und Lu minanzkomponenten im WHT-Bereich über der horizontalen und der vertikalen Abtastfrequenz.

Zunächst sollen die Grundzüge der Walsh-Hadamard-Transformation kurz dargelegt werden.

Ebenso wie die diskrete Fouriertransformation (DFT), die diskrete Cosinustransformation (DCT) und die Karhunen-Love-Transformation gehört die Walsh-Hadamard-Transformation (WHT) zu der Klasse der verlustlosen orthogonalen Einheits-Transformationen. In dieser Klasse ist die WHT die einfachste Art der Transformation. Die WHT [T_WHT] ist eine Quadratmatrix aus +1 und -1, deren Zeilen (und Spalten) orthogonal sind. Es gilt

Gl.1 T_WHT = T_WHT ^t = T_WHT ^-1

Die niederwertigste WHT-Matrix ist die der Ordnung zwei und hat folgende Form

Die WHT-Matrizen höherer Ordnung ergeben sich aus einem Kronecker produkt von H₂ H₂:

Die WHT erfüllt die Gleichungen Gl.4 und Gl.5 (inverse Transforma tion), wobei das Beispiel einer 4 × 4 WHT in Gl.6 wiedergegeben ist.

wobei F(u,v,t) die transformierten Koeffizienten im WHT-Bereich sind, f(x,y,t) die Abtastwerte im Pixel-Bereich sind, Φ_u,v und Φ_x,y die Walsh-Hadamard-Transformationsmatrizen sind und N, M Reihen und Spalten 2-dimensionalen Felder sind.

Die Transformationskoeffizienten erscheinen als abgetastete Werte eines Satzes von Filtern, wobei sich die Bandbreite der sich erge benden Filter mit einer Zunahme der Ordnung der WHT vermindert und sich die Anzahl der Filter entsprechend erhöht. Der niederwertig ste und der hochwertigste Transformationskoeffizient entsprechen den Werten eines Tiefpaßfilters bzw. eines Hochpaßfilters.

In Fig. 2 und 3 ist das Spektrum der einzelnen Transformations koeffizienten F(u,v, t) dargestellt.

Fig. 2a bis 2d zeigen die Transformationskoeffizienten als abgeta stete Werte eines Tiefpaßfilters (Fig. 2a), zweier Bandpaßfilter (Fig. 2b und 2c) und eines Hochpaßfilters (Fig. 2d) für eine 1 × 4 WHT. (Die Skalierung der x-Achse entspricht n/32 * f_clk).

Fig. 3 zeigt die Transformationskoeffizienten für eine 1 × 8 WHT. Aus dem Vergleich der Fig. 2a bis 2d mit den Fig. 3a bis 3h ist ersichtlich, daß die Bandbreite der sich ergebenden Filter mit einer Zunahme der Ordnung der WHT abnimmt, während sich die Anzahl der Filter entsprechend erhöht.

Das Wesen der Walsh-Hadamard-Transformation, welche nur aus Grund funktionen besteht, die ausschließlich aus +1 und -1 aufgebaut sind, ergibt eine einfache und multipliziererfreie Struktur, die in ICs leicht implementierbar ist. In diesem Zusammenhang sei be merkt, daß die Abtastrate der einzelnen WHT-Koeffizienten als eine Funktion von 1/x der Ordnung der WHT abnimmt. Wenn also die Ord nung oder Basis der WHT um x erhöht wird, nimmt die benötigte Re chenleistung nur um log₂(x) zu.

Da die mehrdimensionale Walsh-Hadamard-Transformation und ihre Inverse, IWHT, vollständig in eine Kaskade von eindimensionalen WHT′s (IWHT′s) auftrennbar sind, können die in Fig. 4 gezeigte Grundstruktur getrennt für die horizontale und die vertikale WHT (IWHT) eingesetzt werden. Das gezeigte Beispiel einer 1 × 4 WHT und 1 × 4 IWHT benötigt Addierer und Subtrahierer mit lediglich zwei Eingängen, und eine Verminderung oder Erhöhung der Ordnung der WHT ist leicht realisierbar.

Die in Fig. 4 gezeigte Schaltung zur Realisierung einer 1 × 4 WHT umfaßt vier Verzögerungsglieder 12, 13, 14 und 15, zwei Signal speicher (Latch) 16, 17 und acht Addierer (bzw. Subtrahierer) 19 bis 26. Am Eingang der in Reihe geschalteten Verzögerungsglieder 12 bis 15 wird das abgetastete Videosignal im Zeit- bzw. Pixelbe reich als Eingangs-Abtastwerte f_n eingegeben. Das Signal f_n wird in jedem Verzögerungsglied um eine Taktperiode (CLK) verzögert und an den Signalspeicher 16 ausgegeben. Dieser gibt parallel jeweils vier verzögerte Signalwerte f₁ bis f₄ mit einer Taktfrequenz von CLK/4 an die Addierer bzw. Subtrahierer 19 bis 26 aus. Die Addie rer sind wie in Fig. 4 gezeigt miteinander verbunden, wobei in jeweils einen Addierer 19 bzw. 21 und einen Subtrahierer 20 bzw. 22 die ersten beiden bzw. die zweiten zwei verzögerten Signalwerte eingegeben werden und die Ausgangssignale der ersten vier Addierer 19 bzw. 22 als Eingangssignale für die zweite Reihe von Addierern bzw. Subtrahierern 23 bis 26 dienen. Das Ausgangssignal des ersten Addierers 19 wird in den Addierer 23 und den Subtrahierer 24 ein gegeben, das Ausgangssignal des Subtrahierers 20 wird in den Sub trahierer 25 und den Addierer 26 eingegeben, das Ausgangssignal des Addierers 21 wird in den Addierer 23 und den Subtrahierer 24 eingegeben, und das Ausgangssignal des Subtrahierers 22 wird in den Subtrahierer 25 und den Addierer 26 eingegeben. Die Ausgangs signale der Addierer 23 bis 26 werden an den Signalspeicher 17 übergeben, von wo sie parallel als Transformationskoeffizienten f₀, f₁, f₂ und f₃ ausgelesen werden können. Die in Fig. 4 gezeigte Addierer-Schaltung für eine 1 × 4 WHT erfüllt folgende Gleichung:

Die Schaltung für die inverse Walsh-Hadamard-Transformation (IWHT) ist mit der beschriebenen Schaltung identisch, weil WHT = IWHT, wobei jedoch die Verzögerungsglieder 27 bis 30 am Ausgang, und nicht am Eingang, dieser Schaltung angeordnet sind.

In Fig. 5 ist das Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungs form des erfindungsgemäßen digitalen Dekoders gezeigt.

Der digitale Dekoder umfaßt einen Eingangs-Abtastratenumsetzer (Input Sample Rate Converter; SRC) 32, eine Zeilen/Burst-Phasenre gelschleife (Line & Burst PLL) 33, eine vertikale WHT-Schaltung 34 und eine horizontale WHT-Schaltung 35, eine Steuer/Einstell-Schal tung (Controlls & Settings) 36, eine Schaltung 37 zur automati schen Verstärkungssteuerung des Chrominanzsignals (Chroma AGC), eine Kontroller/Benutzer-Schnittstelle (Controller & User Inter face) 38, eine horizontale IWHT-Schaltung 39 und eine vertikale IWHT-Schaltung 40, einen Ausgangs-Abtastratenumsetzer (Output SRC) 41 und eine Zeilen-Phasenregelschleife (Line PLL) 42.

Das mit der Taktfrequenz eines Host-Systems, wie eines Computers, digitalisierte zusammengesetzte Videosignal (CVBS) wird in den Eingangs-Abtastratenumsetzer 32 eingegeben. Die Zeilen/Burst-Pha senregelschleife 33 steuert den Eingangs-Abtastratenumsetzer 32 derart, daß das mit der vorgegebenen Taktfrequenz digitalisierte Eingangsvideosignal in ein Signal mit Abtastwerten einer zweiten virtuellen Abtastfrequenz umgesetzt wird, welche viermal die Farb hilfsträgerfrequenz ist. Durch die Wahl der "virtuellen" Abtast frequenz von viermal der Farbhilfsträgerfrequenz ist einerseits das Shannon-Nyquist-Theorem (f_a < 2·f_SC) erfüllt, andererseits er gibt sich eine ganzzahlige Anzahl von Abtastwerten pro Videobild zeile, nämlich 910 Abtastwerte pro Zeile für ein NTSC-Signal und 1135 Abtastwerte pro Zeile für ein PAL-Signal, so daß die Vorteile einer Burst-Locked-Architektur, bei der das Abtastsignal ein ge radzahliges Vielfaches der Farbhilfsträgerfrequenz ist, mit den Vorteilen der Line-Locked-Architektur, bei der die Abtastfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Zeilenfrequenz ist, kombiniert werden können.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Taktfrequenz des digitalen Dekoders auch direkt auf viermal die Farbhilfsträgerfre quenz des Eingangsvideosignals eingestellt werden, und das Video signal wird dann direkt mit dieser Taktfrequenz des Dekoders digi talisiert, so daß eine Abtastratenumsetzung nicht notwendig ist.

Die Abtastwerte des zusammengesetzten Videosignales (CVBS) werden dann an die vertikale WHT-Schaltung 34 weitergeleitet, deren Aus gang die Eingangssignale für die nachfolgende horizontale WHT- Schaltung 35 liefert. Beide Schaltungen sind im folgenden noch genauer beschrieben.

Die vertikale WHT-Schaltung bildet im wesentlichen ein vertikales Tiefpaßfilter und ein vertikales Hochpaßfilter, wobei jeweils zwei sich entsprechende Abtastwerte zweier Videobildzeilen addiert bzw. subtrahiert werden. In der horizontalen WHT-Schaltung werden dann alternierend die hochpaßgefilterten und die tiefpaßgefilterten Abtastwerte jeweils zweier Zeilen mittels der Walsh-Hadamard- Transformation in den WHT-Bereich transformiert. Die sich ergeben de WHT-Matrix wird dann in die Steuer-Einstell-Schaltung 36 ein gegeben. In dieser Schaltung werden einerseits die Chrominanz-Si gnalbestandteile U und V vom Luminanz-Signalbestandteil Y abge trennt, andererseits können sämtliche Steuerungen und Einstellun gen des Signales in dieser Schaltung zentral durchgeführt werden, wie noch im einzelnen beschrieben sein wird.

Die WHT-Matrix, von der die Chrominanz-Signalbestandteile abge trennt worden sind, wird dann mittels der horizontalen IWHT-Schal tung 39 und der vertikalen IWHT-Schaltung 40 in den Pixelbereich zurücktransformiert, und die dekodierten Videosignalbestandteile U, V und Y werden, gegebenenfalls nach einer Ausgangs-Abtastraten umsetzung durch den Ausgangs-Abtastratenumsetzer 41, vom digitalen Dekoder ausgegeben.

Aufbau und Funktion der einzelnen Schaltungsteile des digitalen Dekoders von Fig. 5 sind im folgenden beschrieben.

Fig. 6 zeigt den Aufbau der vertikalen WHT-Schaltung 34 von Fig. 5. Die vertikale WHT-Schaltung umfaßt eine Zeilenverzögerungs-Vor richtung (Line-Delay) 44, zwei Addierer 45, 46, zwei Pufferspei cher 47, 48 und eine Multiplexer-Schaltung 49. Die Zeilenverzöge rungsvorrichtung 44 speichert jeweils eine Zeile von Abtastwerten des Videdbildsignales, d. h. 910 Werte für NTSC-Signale und 1135 Werte für PAL-Signale. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird ein vertikales Tiefpaßfilter gebildet, indem jeweils zwei vertikal zueinander ausgerichtete Abtastwerte, einer aus der aktuellen Videobildzeile und einer aus der verzögerten Videobildzeile, im Addierer 45 mit einander addiert werden, während die Subtraktion derselben beiden Abtastwerte im Addierer 46 ein vertikales Hochpaßfilter ergibt. Die vertikale Ausrichtung erfordert, wie oben erläutert, eine ho rizontale Zeilenverzögerung. Bei einer Taktfrequenz von 4·f_SC um faßt die Zeilenverzögerungs-Vorrichtung 910 einzelne Verzögerungs stufen für NTSC-Signale, und sie benötigt 1135 Verzögerungsstufen für PAL-Signale.

Jeweils während der Anlaufphase des Betriebs eines Multinorm-Deko ders, welcher Videosignale verschiedener Normen verarbeiten kann, kommt es vor, daß, selbst dann, wenn die richtige Norm (NTSC oder PAL) fehlerfrei erkannt und die richtige Anzahl von Verzögerungs elementen gewählt wurde, die Gesamtverzögerung noch nicht richtig eingestellt ist, weil die virtuelle Abtastfrequenz des Eingangs- Abtastratenumsetzers 32 durch die Zeilen/Burst-Phasenregelschleife 33 noch nicht präzise zum Zeilen-Synchronimpuls und zur Phase des Burst-Signales synchronisiert (lock-in) ist. Bis die Abtastfre quenz korrekt eingestellt ist, wird die Zeilenverzögerungs-Vor richtung daher mittels eines in Fig. 6 gezeigten Schalters S1 um gangen.

Zwei Pufferspeicher oder Registerstapel 47, 48 speichern die vier letzten Ausgangswerte des vertikalen Tiefpaßfilters 45 (VWHT₀) bzw. des vertikalen Hochpaßfilters 46 (VWHT₁), wobei der Puffer speicher 48 im Vergleich zum Speicher 47 ein zusätzliches Register aufweist. Die Ausgänge der Register des Speichers 47 bzw. des Speichers 48 werden mittels der Multiplexer-Schaltung 49 alternie rend parallel an die horizontale WHT-Schaltung 35 ausgegeben, wel che in Fig. 7 dargestellt ist.

Die horizontale WHT-Schaltung von Fig. 7 umfaßt acht Addierer 50 bis 57, und sie ist wie die mit Bezug auf Fig. 4 beschriebene WHT- Schaltung aufgebaut, welche Gl.7 realisiert.

Die in Fig. 7 gezeigte horizontale WHT-Schaltung leitet ihre vier Eingangssignale simultan von der vertikalen WHT-Stufe 34 ab, wobei die Multiplexer-Schaltung 49 alternierend die vertikalen Tiefpaß- Ausgangswerte VWHT₀ und die vertikalen Hochpaß-Ausgangswerte VWHT₁ ausgibt. Daraus ergibt sich, daß eine einzige horizontale WHT-Stu fe die gesamte zweidimensionale Walsh-Hadamard-Transformation rea lisiert, wobei die vertikal tiefpaßgefilterten Elemente und die vertikal hochpaßgefilterten Elemente im Multiplexbetrieb verarbei tet werden. Mit jeweils einem Taktimpuls erzielt die horizontale WHT-Schaltung die WHT-Koeffizienten WHT_0,0 bis WHT_0,3, und mit jedem zweiten Taktimpuls die WHT-Koeffizienten WHT_1,0bis WHT_1,3. Da zur Erfüllung des Nyquist-Theorems pro acht Taktzyklen nur ein Satz von acht WHT-Koeffizienten notwendig ist, ergibt die gezeigte An ordnung für die vertikale und die horizontale WHT eine Über-Abta stung der WHT-Koeffizienten um einen Faktor 2 sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung.

Diese Über-Abtastung kann auch als eine halbe Überlappung von Transformationsfenstern, sowohl in horizontaler als auch in ver tikaler Richtung, betrachtet werden. Die Überlappung ist besonders günstig, weil sie automatisch das gewünschte Ausgangsformat von 4 : 2:2 ergibt, ohne daß eine weitere Interpolation oder eine inver se WHT für die Farbdifferenzsignale U und V notwendig wären. Eine Überlappung der WHT-Fenster von zwei Pixeln mit einer Fenstergröße von vier Pixeln hat sich als die günstigste Lösung erwiesen, bei der mit minimaler Komplexität die Anforderungen an die Bandbreite der Luminanz- und Chrominanz-Signalbestandteile erfüllt werden und noch eine zufriedenstellende Trennung der Luminanz- und Chromi nanz-Signalbestandteile gewährleistet wird. Die horizontale Ver schiebung von jeweils zwei Pixeln von einem Fenster zum nächsten ergibt eine Phasenverschiebung von 180° für WHT_0,1 und WHT_0,2, was jedoch durch eine Umkehr der Inversion dieser Koeffizienten aus geglichen werden kann.

Es sei bemerkt, daß jeder einzelne Ausgangskoeffizient der Walsh- Hadamard-Transformation eine lineare Kombination aller Eingangs abtastwerte (Pixel) für diese WHT darstellt, so daß ein einzelner WHT-Ausgangskoeffizient nicht einem bestimmten Eingangs-Abtastwert zugeordnet werden kann. Vielmehr stellt ein Satz von WHT-Ausgangs koeffizienten das zweidimensionale (räumliche) Spektrum aller Ein gangs-Abtastwerte für einen gegebenen Block einer gegebenen Größe dar. Durch die teilweise Überlappung der Transformationsblöcke ergibt sich eine Teilredundanz der WHT-Koeffizienten, welche da durch berücksichtigt wird, daß nur eine Untermenge der möglichen Ausgangs-Abtastwerte der inversen Walsh-Hadamard-Transformation berechnet wird. Da diese Untermenge der Ausgangs-Abtastwerte der IWHT gleichwohl noch eine lineare Kombination aller WHT-Koeffi zienten eines gegebenen Transformationsblockes ist, gibt dieser alle im WHT-Bereich vorgenommenen Operationen wieder. Die Teil überlappung der Blöcke wirkt sich auch insofern vorteilhaft aus, als für die IWHT die Blockrandbereiche unberücksichtigt bleiben können und nur die mittleren Ausgangs-Abtastwerte eines gegebenen Blockes berechnet werden.

Der WHT-Koeffizient WHT_0,0 entspricht einer horizontal und vertikal tiefpaßgefilterten Version des zusammengesetzten Eingangssignals und eignet sich daher am besten für die Verarbeitung des Zeilen- Synchronsignals des Videosignals (SYNC Processing). Der WHT-Koef fizient WHT_0,0 wird daher für diesen Zweck am Ausgang der horizon talen WHT-Schaltung von Fig. 4 abgegriffen.

Um Quantisierungsrauschen sowohl im Luminanzkanal als auch in den Chrominanzkanälen gering zu halten, werden die Ausgangswerte der horizontalen WHT-Stufe mit einer Quantisierung, oder Auflösung, von 10 Bit ausgegeben. Aus demselben Grund wird jedoch die Quan tisierung der WHT-Koeffizienten höherer Ordnung, WHT_0,3 und WHT_1,3, gezielt auf acht Bit begrenzt.

Die beschriebene 2 × 4 WHT und die entsprechende 2 × 4 IWHT stel len zweidimensionale Transformationen mit einer Blockgröße von zwei Reihen und vier Spalten dar. Das Eingangssignal für die WHT wird als vier aufeinanderfolgende Pixel von jeweils zwei aufein anderfolgenden horizontalen Zeilen abgeleitet. Die WHT-Ausgangs koeffizienten geben das zweidimensionale (räumliche) Spektrum al ler Eingangsabtastwerte für einen gegebenen Block einer gegebenen Größe wieder.

Fig. 11 bis 18 zeigen den räumlichen Frequenzgang der absoluten Verstärkungsfunktion für die acht WHT-Ausgangskoeffizienten, wel che von einer 2 × 4 WHT abgeleitet werden. Jede dieser Grafiken umfaßt eine Tabelle für jeweils einen WHT-Koeffizienten, wobei sich die horizontale Frequenz im Bereich von Gleichstrom (0,00) bis zur halben Abtastfrequenz (0,50) und die vertikale Frequenz im Bereich von Gleichstrom (0,00) bis zur halben vertikalen Abtast frequenz (0,50) bewegt. Die vertikale Abtastfrequenz wird durch die Zeilenstruktur des Bildes bestimmt. Zur Verdeutlichung ist jeweils zusätzlich eine dreidimensionale Graphik des Frequenzspek trums dargestellt.

Wie erwartet, zeigt Fig. 11 die zweidimensionale Tiefpaß-Charak teristik des "Gleichstrom-Koeffizienten" WHT_0,0, während Fig. 12 bis 18 die Bandpaß-Charakteristik der entsprechenden "Wechsel strom-Koeffizienten" WHT_0,1 bis WHT_1,3 zeigen.

Die Anwendung der inversen WHT (IWHT) auf den gesamten Satz von nicht modifizierten WHT-Koeffizienten würde die ursprünglichen Eingangsabtastwerte für die WHT, multipliziert mit einem konstan ten Faktor von 8 (2×4), ergeben. Der WHT-Koeffizient WHT_1,1 von Fig. 16 kann als Chrominanz-Signalbestandteil U und der WHT-Koef fizient WHT_1,2 von Fig. 17 kann als der Chrominanz-Signalbestand teil V extrahiert werden, wobei Fig. 16, 17 und 19 das Ergebnis für die einzelnen Chrominanz-Signalbestandteile U und V sowie die Luminanz-Komponente Y wiedergeben. Anders als herkömmliche TV-De koder gibt Fig. 19 die vollständige horizontale sowie die voll ständige vertikale Bandbreite des Luminanz-Signalbestandteils wie der, wobei nur die diagonale als Chrominanz-Bestandteil betrachtet werden kann.

Fig. 20 zeigt das Ergebnis, wenn bestimmte WHT-Koeffizienten mit unterschiedlichen Faktoren multipliziert werden, um eine horizon tale und vertikale Anhebung von Konturen (Verstärkung/Dämpfung einzelner Spektralkomponenten) zu erreichen.

Die WHT-Ausgangskoeffizienten der horizontalen WHT-Schaltung 35 werden in die Steuer/Einstell-Schaltung 36 eingegeben, welche in Fig. 8 dargestellt ist. Diese Schaltung weist vier Multiplizierer 60 bis 63 auf, welche auf die gezeigte Weise mit einem Kontroller 64 und über einen IC-Bus (I²C) 65 mit einer Benutzerschnittstelle verbunden sind. Am Ausgang der Multiplizierer 60 bis 63 werden getrennt die U- und V-Chrominanz-Signalbestandteile, welche be stimmten WHT-Koeffizienten entsprechen, und die Luminanz-WHT-Koef fizienten ausgegeben. Ferner sind drei Addierer 66 bis 68 , wie in Fig. 8 gezeigt, in der Steuer/Einstell-Schaltung 36 vorgesehen.

Anders als andere bekannte Systemarchitekturen von digitalen Deko dern ermöglicht der erfindungsgemäße Dekoder die Zusammenfassung aller Steuer- und Einstellfunktionen in einer einzigen Hardware stufe. Diese Konzentration in Verbindung mit dem oben beschriebe nen Multiplex-Verfahren ermöglicht eine optimale Ausnutzung einer minimalen Anzahl von Multiplizierern.

Folgende Steuerungs- und Einstelloptionen können beispielsweise vorgesehen sein:

Benutzereinstellungen
Helligkeit
Kontrast
Farbart/Farbton
horiz. Anhebung/Glättung
vertik. Anhebung/Glättung
Systemsteuerungen
automatische Farbverstärkung
Vorfilter für horizontale Unterabtastung
Vorfilter für vertikale Unterabtastung
Farbunterdrückung (Colorkiller)

Da weder die Benutzereinstellungen noch die Systemsteuerung eine sehr hohe Geschwindigkeit erfordern, kann die Verarbeitung der relevanten Parameter einem Allzweck-Kontroller überlassen werden. Um IC-Pins zu sparen, kann das Benutzerinterface über einen zwei adrigen IC-Bus (I²C) oder dergleichen realisiert werden.

Die Kontrollerausgänge a bis e wechseln zwischen zwei Funktionen bzw. Zuständen, während der Kontrollerausgang f nur für die Farb art-Funktion zuständig ist.

Die Helligkeit wird über den Kontrollerausgang a gesteuert. Dieser Ausgang wechselt zwischen den Einstellwerten für die Helligkeit (a₀=-16 . . . +15) und dem Wert a₁=0. Anders als im Pixel-Bereich, wo die Steuerung der Helligkeit durch Addition eines variablen Wertes zu jedem Pixelwert erreicht wird, wird dieselbe Funktion im WHT- Bereich einfach dadurch verwirklicht, daß über den Addierer 66 ein bestimmter Einstellwert (a0 oder a1) zu dem "Gleichstrom"-Koeffi zienten (F_0,0 bzw. WHT_0,0) eines gegebenen Blockes addiert wird.

Während eine Videobildzeile aktiv ist, hat der Kontrast gleicher maßen Einfluß auf b₀ bis e₀ und b₁ bis e₁, so daß beim Verändern des Kontrastes das Gleichgewicht zwischen Luminanz und Chrominanz erhalten bleibt. Während der Austast-Intervalle (Blank) wird der Kontrast auf einen nominalen (neutralen) Wert eingestellt, um die automatische Farbverstärkungssteuerung nicht zu stören. Das heißt, ähnlich wie im Pixel-Bereich, wird das Einstellen des Kontrastes durch Multiplizieren jedes WHT-Wertes mit einem bestimmten Ein stellwert erreicht.

Während eine Videobildzeile aktiv ist, wird die Farbsättigung mit tels der Werte c₁ und d₁ gesteuert, denen die Werte für die automa tische Chrominanzverstärkung (-6dB . . . +20dB) und der Colorkiller (0 oder 1) überlagert werden. Während der Austastzeit bleibt nur die automatische Chrominanzverstärkung (Chroma ACC) für die Werte c₁ und d₁ aktiv. Die Steuerung der Farbsättigung wird also durch Multiplikation der Farbdifferenzwerte U und V, welche durch je weils einen WHT-Koeffizienten, WHT_1,1 bzw. WHT_1,2 dargestellt wer den, mit einem bestimmten Einstellwert für jeden Block erreicht.

Die Funktion der Schaltung 37 zur Verstärkungssteuerung des Chro minanzsignals (Chroma AGC), welche mit der Steuer/Einstell-Schal tung 36 zusammenwirkt (Fig. 5), ist wie folgt. Die Chroma AGC ad diert die absoluten Werte von U und V bzw. WHT_1,1 und WHT_1,2 während des Burst-Torimpulses und gibt das Ergebnis an den Kontroller aus. Der Kontroller korrigiert die Multiplikationsfaktoren für WHT_1,1 und WHT_1,2 so, daß der Ausgang der Chroma AGC-Stufe gleich der Be nutzereinstellung für die Farbsättigung wird. Eine Farbunterdrüc kung, Collorkiller (Coki), wird zusätzlich bei einer der drei fol genden Bedingungen aktiviert:

a) wenn die Line/Burst-Phasenregelschleife 33 nicht synchron zur Farbhilfsträgerfrequenz und/oder Zeilenfrequenz des Videosi gnales ist,
b) wenn U das falsche Vorzeichen hat oder
c) wenn die Amplitude des Farbhilfsträgersignals zu klein ist.

Da der Steuerausgang f nur für die Einstellung der Farbart zustän dig ist, muß zwischen f₀ und f₁ nicht unterschieden werden. Wie im Pixel-Bereich, wird die Steuerung der Farbart (Farbton) einfach dadurch erreicht, daß bei den Addierern 67 und 68 für die Farb hilfsträger-Phasenregelschleife (Burst PLL) ein Offset zu den Wer ten für U und V hinzu addiert wird, so daß sich die Phase der Ab tastfrequenz entsprechend ändert. Obwohl sich f nur während des Burst-Intervalls auswirkt, muß es während der übrigen aktiven Vi deobildzelle nicht ausgeschaltet werden.

Eine horizontale und vertikale Anhebung oder Glättung kann er reicht werden, indem den Werten b₀ bis e₀ und b₁ bis e₁ ein hori zontales und/oder vertikales "Kontrast-Profil" überlagert wird. Das heißt, die geeigneten WHT-Koeffizienten werden mit ent sprechenden variablen Faktoren multipliziert.

Auf dieselbe Meise kann auch eine Vorfilterung für horizontale und/oder vertikale Unterabtastwerte durchgeführt werden. Während im Pixel-Bereich eine adaptive Rausch-Unterdrückung schwer zu rea lisieren ist, kann dies im WHT-Bereich einfach dadurch erreicht werden, daß kleinere WHT-Koeffizientenwerte unterdrückt werden.

Abgesehen von der automatischen Farbverstärkungssteuerung, welche eine Auflösung von acht Bit erfordert, genügt für die Steuerung aller anderen Funktionen eine Auflösung von 5 Bit.

Anders als im Pixel-Bereich, in dem die verschiedenen Einstellun gen und Steuerungen Einfluß auf unterschiedliche Signale in ver schiedenen Stufen des gesamten digitalen Dekoders haben und ent sprechende Multiplizierer erfordern, können bei dem erfin dungsgemäßen Dekoder alle Einstellungen und Steuerungen durch Mul tiplikationen im WHT-Bereich mit einer einzigen Multipliziererstu fe durchgeführt werden, welche einen Satz unterschiedlicher Fakto ren verarbeitet. Die beiden Farbdifferenzsignale U und V können direkt aus dem WHT-Raum entnommen werden und benötigen keine in verse Transformation. Ein Multinormdekoder benötigt daher keine weitere Anpassung zum Auslesen der U- und V-Farbdifferenzsignale, wenn er zwischen verschiedenen Normen, wie NTSC und PAL, umschal tet, als das Auslesen unterschiedlicher WHT-Koeffizienten. Da rüberhinaus kann ein Vergleich der entsprechenden WHT-Koeffizien ten zur Identifizierung der Norm des jeweiligen Videosignals die nen.

Da die Farbdifferenzsignale U und V direkt als die WHT-Koeffizien ten WHT_1,1 und WHT_1,2 zur Verfügung stehen, ist für diese Komponen ten keine inverse Walsh-Hadamard-Transformation notwendig. Sie muß jedoch für die Luminanzkomponente Y durchgeführt werden.

Fig. 9 zeigt das Schaltbild für die inverse horizontale WHT. Die horizontale IWHT von Fig. 9 umfaßt sechs Addierer 70 bis 75, die wie in Fig. 9 gezeigt miteinander verbunden sind. Aufgrund der Überlappung der Transformationsfenster oder -blöcke von jeweils zwei Pixeln für aufeinander folgende Transformationsfenster muß die inverse horizontale WHT nur zwei von vier möglichen Ausgangswerten für jedes Fenster erzeugen. Um Fehler an den Blockgrenzen zu ver meiden, ist es vorteilhaft, die beiden mittleren Werte zu wählen, welche sich aus der vereinfachten Struktur für die inverse hori zontale WHT ergeben, die in Fig. 9 gezeigt ist.

Für die beiden vertikalen Spektren werden die Eingangs- und die Ausgangswerte mittels einer nicht gezeigten Multiplexerschaltung alternierend weitergeschaltet. Falls der Colorkiller aktiv ist (Coki = 1), wird das gesamte Spektrum für das Luminanzsignal ver wendet.

Das Ausgangssignal der horizontalen IWHT-Schaltung 39 wird an die vertikale IWHT-Schaltung 40 übergeben, welche in Fig. 10 gezeigt ist. Diese weist zwei Verzögerungsglieder 76, 77 und zwei Addierer 78, 79 auf, welche auf die gezeigte Weise miteinander verbunden sind. Wenn nur die Pixel einer Zeile zu jeweils einem Zeitpunkt berechnet werden müssen, muß die vertikale IWHT nur die vertikale Summe (nicht die Differenz) der beiden jeweiligen Ausgangswerte der horizontalen IWHT berechnen, wie in Fig. 7 gezeigt. Dabei kann die Zeilenverzögerung durch ein einzelnes Register 76 bzw. 77 er setzt werden. Die vertikale IWHT erzeugt bei jedem zweiten Takt impuls zwei Luminanzpixel gleichzeitig. Die Auflösung des Aus gangssignals wird auf acht Bit gerundet.

Wenn die Frequenz der von dem digitalen Dekoder ausgegebenen Werte für U, V und Y nicht der gewünschten Frequenz zur weiteren Verar beitung dieser Signale entspricht, können diese mittels des Aus gangs-Abtastratenumsetzers 41 in Signalwerte einer gewünschten Ausgangsfrequenz umgesetzt werden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und den An sprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Er findung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

1. Verfahren zur digitalen Dekodierung von zusammengesetzten Vi deosignalen (CVBS), welche ein Helligkeitssignal (Luminanz komponente Y) und zwei Farbdifferenzsignale (Chrominanzkompo nenten U, V) aufweisen, die nach dem Quadraturamplitudenmodu lationsprinzip einen Farbhilfsträger modulieren bei dem

a) eine Anzahl (N) von Abtastwerten des Videosignals mittels einer Walsh-Hadamard-Transformation WHT vom Pixel-Bereich in den WHT-Bereich transformiert werden,
b) die Farbdifferenzsignale (U, V) als bestimmte WHT-Koeffi zienten der sich ergebenden WHT-Matrix abgeleitet werden,
c) die die Farbdifferenzsignale (U, V) bestimmenden WHT-Ko effizienten von der WHT-Matrix subtrahiert werden,
d) die WHT-Matrix mittels einer inversen Walsh-Hadamard- Transformation IWHT in den Pixel-Bereich zurücktransfor miert wird und
e) das Helligkeitssignal (Y) von dem Ergebnis der IWHT abge leitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a)

a1) die Abtastwerte des Videosignales um eine Zeile ver zögert werden,
a2) jeweils N Abtastwerte der aktuellen Zeile und N Ab tastwerte der verzögerten Zeile mittels einer vertikalen WHT transformiert werden und
a3) die sich ergebenden WHT-Koeffizienten mittels einer horizontalen WHT transformiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a2)
N Abtastwerte der verzögerten Zeile zu entsprechenden N Abtastwerten der aktuellen Zeile addiert werden, um ein Tief paßfilter zu bilden, und
diese N Abtastwerte der verzögerten Zeile von diesen N Abtastwerten der aktuellen Zeile subtrahiert werden. Um ein Hochpaßfilter zu bilden, und
die vertikalen Summen- und Differenzwerte als Eingangs werte für die horizontale WHT dienen.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal mit einer Abtastfrequenz von viermal der Farbhilfsträgerfrequenz (4·fsc) digitali siert wird, so daß bei PAL-Videosignalen 1135 Abtastwerte pro Zeile erzeugt werden und bei NTSC-Videosignalen 910 Abtast werte pro Zeile erzeugt werden.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß N = 4 oder N = 8.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Schritt a) die sich ergebende WHT- Matrix mit einer Steuer- und Einstellmatrix multipliziert wird.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der niederwertigste WHT-Koeffizient (WHT_0,0) der WHT-Matrix zum Ableiten des Zeilensynchron-Impul ses des Videosignales verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung von Rauschen WHT-Koeffi zienten geringer Größe, WHT_x,y « WHT_Mittel, unterdrückt wer den.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung von Quantisierungsrau schen WHT-Koeffizienten niederer Ordnung mit einer geringeren Genauigkeit wiedergegeben werden als WHT-Koeffi zienten höherer Ordnung.

10. Digitaler Dekoder für zusammengesetzte Videosignale (CVBS), welche ein Helligkeitssignal (Luminanzkomponente Y) und zwei Farbdifferenzsignale (Chrominanzkomponenten U, V) aufweisen, mit
einer Transformationsvorrichtung (34, 35), welche eine Anzahl (N) von Abtastwerten des Videosignals mittels einer Walsh-Hadamard-Transformation WHT vom Pixel-Bereich in den WHT-Bereich transformiert,
einer Einstellvorrichtung (36), welche die WHT-Koeffi zienten der sich ergebenden WHT-Matrix mit Steuer- und Ein stellparametern multipliziert,
wobei die Einstellvorrichtung einen Ausgang zum Ableiten bestimmter WHT-Koeffizienten als die Farbdifferenzsignale (U, V) aufweist, und
einer inversen Transformationsvorrichtung (39, 40), wel che die übrigen WHT-Koeffizienten der WHT-Matrix mittels ei ner inversen Walsh-Hadamard-Transformation IWHT in den Pi xel-Bereich zurücktransformiert und als das Helligkeitssignal (Y) ausgibt.

11. Dekoder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Transformationsvorrichtung eine vertikale (34) und eine hori zontale (35) WHT-Vorrichtung aufweist, die in Reihe ge schaltet sind.

12. Dekoder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Transformationsvorrichtung (34) folgende Merkmale aufweist:
eine Verzögerungsvorrichtung (44), welche die Abtastwerte des Videosignales um eine Zeile verzögert,
einen Addierer (45), der N verzögerte Abtastwerte mit entsprechenden N Abtastwerten der aktuellen Zeile addiert, um ein Tiefpaßfilter zu bilden,
einen Subtrahierer (46), der die N verzögerten Abtastwer te von den N Abtastwerten der aktuellen Zeile subtrahiert, um ein Hochpaßfilter zu bilden, und
einen Multiplexer (49), um wahlweise die vertikalen Sum men- und Differenzwerte als Eingangswerte für die horizontale Transformationsvorrichtung auszugeben.

13. Dekoder nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Transformationsvorrichtung (35) ein Addier werk (50-57) aufweist, welches die folgende Operation aus führt: wobei F(u,v,t) die transformierten Koeffizienten im WHT-Be reich sind, f(x,t) die Abtastwerte im Pixel-Bereich sind und Φ_u,v die Walsh-Hadamard-Transformationsmatrix ist.

14. Dekoder nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß N=4.

15. Dekoder nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die horizontale Transformationsvorrichtung (35) acht Addierer (50-57) aufweist, von denen jeweils vier par allel geschaltet sind, wobei die Ausgangssignale der ersten vier Addierer als Eingangssignale der zweiten vier Addierer dienen, so daß die folgende Gleichung erfüllt ist:

16. Dekoder nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch einen Eingangs-Abtastratenumsetzer (32), der die mit einer ersten vorgegebenen Taktfrequenz digitalisierten Ein gangs-Abtastwerte des Videosignals (CVBS) in Soll-Abtastwerte einer zweiten virtuellen Abtastfrequenz von viermal der Farb hilfsträgerfrequenz (4·fsc) umsetzt.