Способ и устройство передачи дополнительных сигналов по телевизионным каналам и применение способа для передачи информации

Способ и устройство передачи дополнительных сигналов по телевизионным каналам и применение способа для передачи информации

Реферат

 

Изобретение относится к телевидению, в частности к способу и устройству передачи дополнительных сигналов по телевизионным каналам, и может применяться для любых дополнительных видео- и звуковых сигналов. Техническим результатом является более оптимальное использование свободной емкости телевизионного канала для других дополнительных сигналов. Технический результат достигается тем, что как на передающей стороне, так и на приемной тактовые сигналы для дополнительно передаваемых видео- и аудиосигналов формируются из полного полезного цветового видеосигнала путем подсчета, обработки и принятия решения, причем на передающей стороне оба сигнала отдельно друг от друга до их наложения на полезный видеосигнал преобразуются в цифровую форму, записываются в память, запоминаются в буфере и уплотняются. На приемной стороне в аналогичной синхронизации осуществляются операции в обратной последовательности. На передающей стороне реализация может осуществляться с помощью дополнительного приема, на приемной стороне - с помощью программ в компьютере или дополнительных устройств в обычном телевизионном приемнике. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к способу, описанному более подробно в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, и устройству, описанному в ограничительной части пункта 3 формулы изобретения, с помощью которых возможна передача дополнительных сигналов по телевизионному каналу. Подобные способы и устройства применительно к передаче, например, звуковых сигналов известны из статьи Гассмана /Эккерта "СОМ-система", Funkschau, 1970, 20, стр. 689-692 и 21, стр. 749-750 и применительно к передаче видеосигналов - из статьи Лангенкампа/Леви "Мегатекстовая ИС для телетекста и графики", RFE, 1994, 7, стр. 18-20.

Свойство полного цветового видеосигнала (цветового сигнала, сигнала изображения, отклонения и синхронизирующего сигнала) оставляют открытой возможность наложения сигналов, несущих информацию (дополнительных сигналов), причем прием теле- и радиопрограмм не должен быть нарушен. В то время, как большинство публикаций посвящено только одному виду дополнительных сигналов, то, например, в работе Рудольфа Мойзеля "Телевизионная техника", Хюттиг, 1991, гл. 9, стр. 210-227 описана передача нескольких дополнительных испытательных и информационных сигналов. Передача дополнительных сигналов осуществляется с высокой надежностью и с максимально высокой скоростью.

Космическая техника радиовещания с использованием искусственных спутников Земли обеспечивает возможность приема все большего числа телевизионных программ, однако в силу больших зон освещения и высокой стоимости не предоставляет локальным службам программ никаких возможностей. Напротив, широкополосные сети связи не пригодны для портативной аппаратуры и приемных станций на большом удалении. Инфраструктура наземной сети передатчиков уже содержит в основном в строках, не имеющих сигналов видеоизображения, контрольные строки и видеотекст. Представление дополнительных услуг по беспроволочным линиям связи неоднократно заканчивалось неудачей по причине высоких затрат на телевизионные студии и нехватки частот.

Задачей изобретения является более оптимальное использование свободной емкости телевизионного канала и обеспечение при этом высокой надежности, скорости передачи, повышенной гибкости системы, приема телевизионной программы без помех, наложения дополнительных сигналов без технического вмешательства в модули телевизионного передатчика и совместимости имеющихся телевизионных приемников систем PAL, NTSC и SECAM.

Изобретение решает эту задачу способом, описанным в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Этот способ за счет своих элементов подсчета, обработки, принятия решений подходит для немедленной дополнительной реализации в компьютерах, которые в целях массового информирования могут быть оснащены платами приема телевизионных программ.

Предпочтительная возможность усовершенствования способа, с помощью которого наряду с приставкой на передающей стороне также облегчается реализация аппаратной части на приемной стороне, описана в отличительной части пункта 2 формулы изобретения.

Надлежащее устройство для реализации аппаратной части, которое подходит в качестве приставки для имеющихся передатчиков и приемников сети радио- и телевещания, описано в отличительной части пункта 3 формулы изобретения.

Предпочтительная возможность применения изобретения описана в пункте 4 формулы изобретения.

С помощью изобретения информационные сигналы соединяются в схеме наложения с целью передачи дополнительных сигналов таким образом, что сигналы могут позиционироваться в соответствии с программой во всех временных интервалах, свободных от цветовых сигналов и видеосигналов.

Система передачи дополнительных сигналов согласно изобретению имеет ряд преимуществ. За счет выбора путем подсчета и обработки в процессе принятия решения об использовании временных интервалов для передачи дополнительных сигналов можно обеспечить такую конфигурацию, что при приеме в радио- и телеприемнике не будет помех. Наложение и прием информационных дополнительных сигналов может осуществляться портативными, более дешевыми дополнительными аппаратами. В случае необходимости скорость передачи с помощью программы может быть приведена в соответствие с условиями реального канала. Передача дополнительных сигналов реализуется при их уровне ниже 20 мВ, за счет чего обеспечивается совместимость телеприемников, реализуемых через торговую сеть.

Более подробно изобретение поясняется ниже на примере и со ссылкой на соответствующие чертежи, на которых показаны: фиг. 1 - сумматор дополнительных сигналов на передающей стороне; фиг. 2 - приемник дополнительных сигналов на приемной стороне; фиг. 3 - диаграмма прохождения сигналов с целью наложения полного цветового видеосигнала и дополнительного сигнала для первого типа строки; фиг. 4 - диаграмма прохождения сигналов с целью наложения полного цветового видеосигнала и дополнительного сигнала для второго типа строки; фиг. 5 - диаграмма прохождения сигналов с целью приема дополнительного сигнала для первого типа строки; и фиг. 6 - диаграмма прохождения сигналов с целью приема дополнительных сигналов для второго типа строки.

Фиг. 1 показывает управляемый, строчно-селективный генератор 11 растянутой последовательности, который выдает сигнал растянутой последовательности sp и сигнал разрешения растягивания se (фиг. 3 и 4), который в цифроаналоговом преобразователе 8 преобразуется в троичный дополнительный сигнал уровня 0'+ и -.

Полученный на выходе цифроаналогового преобразователя не ограниченный по полосе частоты дополнительный сигнал сужается в выходном фильтре 9 до ширины полосы видеочастот и в сумматоре 10 накладывается на полный цветовой видеосигнал первого или второго типа строки. Управление строчно-селективным генератором растянутой последовательности 11 осуществляется передаваемыми сигналами, которые вызываются тактовым сигналом, введенным в сигнальное программируемое ПЗУ со стиранием информации 3.2, и синхронизирующими сигналами "кадровый импульс BI", "строчный импульс" ZI и тактовым импульсом системы ST синхронизации 12 передатчика.

Кадровый импульс BI появляется в начале любого изображения, синхронизирующий импульс ZI - в начале любой строки. Частота кадрового импульса и частота тактового импульса системы при этом жестко синхронизированы по фазе. Начиная с кадрового импульса в счетчике числа строк осуществляется счет строк от 0 до 624. В силу того, что ряд строк имеет схожую с вводимыми дополнительными сигналами структуру, то по номеру строки через строчное программируемое ПЗУ со стиранием информации 3.2 осуществляется обращение к адресной зоне сигнального программируемого ПЗУ со стиранием информации 3.1, которое генерирует надлежащий ввод сигнала в соответствующую строчную структуру.

На фиг. 3 сигналы для шести информационных символов включены в основание синхронизирующего импульса, сигналы для трех информационных символов - после сигнала цветовой синхронизации, а сигнал для одного информационного символа - на переднюю область черного.

На показанном на фиг. 4 типе строки сигналы для шести информационных символов включены в основание синхронизирующего импульса, сигналы для восьми информационных символов - на заднюю область черного, а сигнал для одного информационного символа - на переднюю область черного. Так как ряд строк имеет идентичную структуру, то для этих строк в сигнальном программируемом ПЗУ со стиранием информации 3.1 может быть записана идентичная структура сигналов. Одновременно счетчиком тактовых импульсов проводится счет фронтов тактовых импульсов системы ST во времени, т.е. 576 тактовых импульсов на одну строку. Тактовым импульсом системы ST и выбором типа строки ZT выбираются введенные в сигнальное программируемое ПЗУ со стиранием информации 3.1 сигнал разрешения растягивания sе, растянутый сигнал sp и тактовый импульс последовательно фронт тактового импульса системы за фронтом тактового импульса системы и посылаются в цифроаналоговый преобразователь 8.

Возможность точного согласования информационных дополнительных сигналов с требуемым отрезком времени всего изображения базируется на высокоточном выводе кадрового импульса BI, строчного импульса ZI и тактового импульса системы ST из полного цветового видеосигнала, который вводится в синхронизатор 12 передатчика. Основным блоком синхронизатора передатчика является синхронный процессор, например схема TDA 9257, который с целью дальнейшей обработки выводит из полного цветового видеосигнала тактовый импульс процессора 27 МГц, строчный сигнал HS и кадровый сигнал VS с дрожанием менее 5 не. Эти сигналы комбинаторно и последовательно соединяются друг с другом в делителе тактовых импульсов системы 6, детекторе кадровых импульсов 5 и детекторе строчных импульсов 7 таким образом, что, например, генерируется тактовый импульс системы ST 9 МГц с 576 фронтами тактовых импульсов системы на один строчный видеосигнал, строчный импульс ZI, который маркирует каждый первый в строке фронт тактового импульса системы ST, кадровый импульс BI, который маркирует первый в кадре фронт тактового импульса системы.

Наряду с синхронизированным в конце вызовом сигналов разрешения растягивания sе и растянутый сигнал sр в распоряжении имеются сигналы BI, ZI и ST для согласования скорости вывода из источника данных, данные которого должны быть переданы, и тактового импульса управляемого строчно-селективного генератора растянутой последовательности, например схема типа FIFO.

Фиг. 2 показывает используемый на приемной стороне приемник дополнительных сигналов, причем обработка сигналов в приемнике, а также сигналы управления им для первого типа строки показаны на фиг. 5, а для другого типа строки - на фиг. 6. Этот приемник дополнительных сигналов состоит из синхронизатора 21 приемника, строчно-селективного опорного генератора 20 растянутой последовательности и аналогового входного блока, который в свою очередь состоит из схемы фиксации уровня сигнала 13, усилителя - ограничителя/корректора смещения цветовой поднесущей 14, аналого-цифрового преобразователя 15 и цифрового коррелятора 19.

Схема фиксации уровня сигнала может активироваться при счете фронтов тактовых импульсов в строке счетчиком тактовых импульсов 1 и 1 и выборкой соответствующего содержания управляющего и сигнального программируемого ПЗУ со стиранием информации 3.1. После того, как сигнал, представляющий собой сумму полного цветового видеосигнала и дополнительного информационного сигнала, пройдет через схему фиксации уровня сигнала 13 усилителем-ограничителем 14 осуществится усиление, ограничение и корректировка смещения цветовой поднесущей так, что при наличии дополнительного информационного сигнала будет оптимально использован преобразующий диапазон следующего аналого-цифрового преобразователя, хотя перевозбуждение может не проявиться (фиг. 5 и 6).

Эта корректировка смещения цветовой поднесущей регулируется сигналом ok, выбираемым из управляющего и сигнального программируемого ПЗУ со стиранием информации 3.1. Последовательность результатов считывания с определенной длиной слова поступает в цифровой множитель 16, где выходной сигнал усилителя-ограничителя умножается на опорный сигнал в форме поданных сигналов разрешения растягивания se и растянутая последовательность sp в цифровом виде. Произведение интегрируется затем цифровым интегратором 17. Результат интегрирования в аналоговой форме показан на фиг. 5 и 6. Деблокировка интегратора осуществляется сигналом разрешения интегрирования ie, выбираемым из управляющего и сигнального программируемого ПЗУ со стиранием информации 3.1, возврат в исходное положение - командой возврата в исходное положение интегратора ir, а принятие решения - стробирующим импульсом u. В силу того, что при приеме используются только один опорный сигнал растянутой последовательности сsр и se и вышеназванные управляющие сигналы ie, ir, u, ki и ok, то строчно-селективный опорный генератор 20 растянутой последовательности соответствует управляемому строчно-селективному генератору 11 растянутой последовательности.

Наряду с сигналами, регенерированными в последнюю очередь, и регенерированным тактовым импульсом, выбранным из управляющего и сигнального программируемого ПЗУ со стиранием информации 3.1 (фиг. 5 и 6), в распоряжении имеются сигналы BI, ZI и ST для согласования скорости вывода данных из приемника дополнительных сигналов с тактовым импульсом последующего оконечного приемника, например, со схемой типа FIFO.

Для синхронизации передатчика из полного цветового видеосигнала синхронным процессором 4, делителем тактовых импульсов системы 6, детектором кадровых импульсов 5 и детектором строчных импульсов 7 генерируются сигналы "кадровый импульс BI", "строчный импульс ZI" и "тактовый импульс системы ST", за счет чего становится возможным точное позиционирование дополнительного сигнала в структуре всего телевизионного изображения с точностью менее 6 нc.

В управляемом строчно-селективном генераторе 20 растянутой последовательности все телевизионное изображение при использовании сигналов "кадровый импульс BI", "кадровый импульс BI", "строчный импульс ZI" и "тактовый импульс системы ST", счетчика числа строк 2 и счетчика тактовых импульсов 1 полностью адресуется в одном временном растре, например, III, I нc, в результате чего дополнительные сигналы, выбираемые по усмотрению или программируемые через программируемое ПЗУ со стиранием информации, могут быть приведены в соответствии со структурой телевизионного изображения. Если через счетчик числа строк 2 с помощью строчного программируемого ПЗУ со стиранием информации 3.2 выбирается тип строки, то объем памяти для записи сигналов управляющего и сигнального программируемого ПЗУ со стиранием информации 3.1 сильно уменьшится.

Для синхронизации приема из полного цветового видеосигнала синхронным процессором 4, делителем тактовых импульсов системы 6, детектором кадровых импульсов 5 и детектором строчных импульсов 7 генерируются сигналы "кадровый импульс DI", "строчный импульс ZI" и "тактовый импульс системы ST", за счет чего становится возможным точное позиционирование опорного сигнала для приема корреляции в структуре всего телевизионного изображения с точностью менее 5 нс.

Используя сигналы "кадровый импульс BI", "строчный импульс ZI" и "тактовый импульс системы ST", счетчик числа строк 2 и счетчик тактовых импульсов 1, можно осуществить полную адресацию всего телевизионного изображения в строчно-селективный опорный генератор растянутой последовательности, в результате чего дополнительные сигналы, выбираемые по усмотрению или программируемые через программируемое ПЗУ со стиранием информации, в структуре телевизионного изображения могут быть приняты цифровым корреляционным приемником 19.

С такой же точностью генерируются управляющие сигналы "импульс фиксации ki", "сигнал корректировки смещения цветовой поднесущей ok", "тактовый импульс системы для аналого-цифрового преобразования", "разрешение растягивания se", "растянутый сигнал sp", "сигнал разрешения интегрирования ie", "сигнал возврата интегратора в исходное положение ir" и "стробирующий импульс", которые необходимы для входных каскадов, аналого-цифрового преобразователя и цифрового корреляционного приемника.

Схема фиксации уровня сигнала 13, синхронизированная импульсом фиксации ki, делает возможным дальнейшую оптимальную обработку смеси полного цветового видеосигнала и дополнительного сигнала. Усилитель-ограничитель/корректор смещения цветовой поднесущей 14 усиливает эту смесь во входных каскадах так, что при синхронизирующем импульсе уровень полного цветового видеосигнала, регулируемый сигналом "корректировки смещения цветовой поднесущей", поднимется до среднего значения OВ. В соответствии с уровнем дополнительного сигнала здесь осуществляется такое усиление, что происходит оптимальное использование входного преобразующего диапазона аналого-цифрового преобразователя, включая возможные шумовые помехи. Ограничение усилителя предохраняет аналого-цифровой преобразователь от повреждения в то время, когда передается цветность и яркость.

Передача дополнительных сигналов происходит с использованием бифазных сигналов так, что в процессе приема и при неточной фиксации уровня сигнала и сигнале корректировки смещения цветовой поднесущей за счет формирования среднего значения вследствие интеграции становится возможной передача с низкой частотой повторения ошибок с уровнем дополнительного сигнала несколько мВ.

Программируемость системы передачи дополнительных сигналов позволяет простое согласование с системами SECAM, NTSC, PAL и PALplus.

Сигналы "кадровый импульс BI", "строчный импульс ZI" и "тактовый импульс системы ST" имеются как на передающей, так и приемной стороне с целью согласования скорости между источником и системой передачи или системой передачи и оконечным приемником, а также с целью рамочной и внерамочной синхронизации.

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ ПО ТЕЛЕВИЗИОННЫМ КАНАЛАМ Список использованных обозначений 1. Счетчик тактовых импульсов 2. Счетчик числа строк 3.1. На передающей стороне: сигнальное программируемое ПЗУ со стиранием информации. На приемной стороне: управляющее и сигнальное программируемое ПЗУ со стиранием информации 3.2. Строчное программируемое ПЗУ со стиранием информации 4. Синхронный процессор 5. Детектор кадровых импульсов 6. Делитель тактовых импульсов системы 7. Детектор строчных импульсов 8. Цифро-аналоговый преобразователь с установкой уровня 9. Выходной фильтр 10. Сумматор 11. Управляемый строчно-селективный генератор растянутой последовательности 12. Синхронизатор передатчика 13. Схема фиксации уровня полного цветового видеосигнала 14. Усилитель-ограничитель 15. Аналого-цифровой преобразователь 16. Цифровой множитель 17. Цифровой интегратор 18. Решающее устройство 19. Цифровой коррелятор 20. Строчно-селективный опорный генератор растянутой последовательности 21. Синхронизатор приемника BI Кадровый импульс ZI Строчный импульс ST Тактовый импульс системы sе Сигнал разрешения растягивания sр Сигнал растянутой последовательности ki Импульс фиксации ok Сигнал корректировки смещения цветовой поднесущей ie Сигнал разрешения интегрирования se Разрешение растягивания sp Сигнал растягивания u Стробирующий импульс ir Сигнал возврата интегратора в исходное положение ST Тактовый импульс системы для аналого-цифрового преобразованияP

Формула изобретения

1. Способ передачи дополнительных сигналов по телевизионным каналам для сетей радиовещания и телевидения, при котором дополнительные сигналы вводят перед передачей при отсутствии сигнала изображения в полном цветовом сигнале изображения с временным уплотнением и после приема полного цветового сигнала изображения отделяют, отличающийся тем, что как на передающей, так и приемной стороне для дополнительно подлежащих передаче в цифровом виде видео-, аудио- и управляющих сигналов генерируют тактовые импульсы из синхронизирующего сигнала полного цветового сигнала изображения тем, что подают полный цветовой сигнал изображения для сложения с дополнительными сигналами и при этом, исходя из строчных импульсов (ZI) путем подсчета и обработки синхронизирующих сигналов полного цветового сигнала изображения выводят по одному сигналу "тактовый импульс системы (ST)" и "кадровый импульс (BI)" для передачи дополнительных сигналов, дополнительные сигналы, состоящие из подлежащих передаче видео-, аудио- и управляющих сигналов, преобразуют в цифровую форму, записывают в память, запоминают в буфере, уплотняют и выбирают с временным уплотнением в более длительные отрезки времени в такте дополнительных сигналов, выбранные дополнительные сигналы попеременно с временным уплотнением снабжают сигналами заголовков (опознавания: изображение/звук, действительный/недействительный) и маркерным сигналом изображения и вводят в полный цветовой сигнал изображения, предпочтительно после ограничения полосы, с временным уплотнением, на приемной стороне снова из полного цветового сигнала изображения путем подсчета и обработки синхронизирующих сигналов полного цветового сигнала изображения выводят по одному сигналу "тактовый импульс системы (ST)" и "кадровый импульс (BI)" для дополнительных сигналов, регенерированные параметры дополнительных сигналов и соответствующих тактовых импульсов дополнительных сигналов восстанавливают из полного цветового сигнала изображения с дополнительным сигналом путем фиксации, ограничения и аналого-цифрового преобразования, затем цифровой корреляции и последующего принятия решения, сигналы заголовков обрабатывают, дополнительные сигналы разуплотняют и снова разделяют на видео- и аудиосигналы, видео- и аудиосигналы раздельно разуплотняют, преобразуют в цифроаналоговую форму и воспроизводят.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для ввода дополнительных сигналов в не несущие информацию диапазоны полного цветового сигнала изображения формируют сигналы разрешения растягивания (se) и сигналы растягивания (sp), которые восстанавливают на приемной стороне и дополняют дополнительно выведенными из импульсов (ZI, ST и BI) управляющими сигналами для разрешения интегрирования (ie), возврата интегрирования в исходное положение (ir), приема (u), импульса фиксации (ki) и предпочтительно компенсации смещения (ok).

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что для ввода дополнительных сигналов в передатчик и для выделения дополнительных сигналов в приемнике устанавливают дополнительные устройства, содержащие адресные счетчики и запоминающие устройства, причем для передачи несущих информацию дополнительных сигналов во всех временных интервалах полного цветового сигнала изображения, свободных от цветовых сигналов и сигналов изображения, адресные счетчики для управления строчно-селективным генератором растянутой последовательности в дополнительных устройствах устанавливают на требуемые отрезки времени во всем телевизионном изображении на основе высокоточного вывода кадрового импульса, строчного импульса и тактового импульса системы из полного цветового сигнала изображения, причем в дополнительных устройствах в приемник вводят цифровой корреляционный приемник, который принимает решение о значении принятых сигналов с помощью правильной по времени корреляции принятого сигнала с предварительно определенным цифровым значением, подготовленным строчно-селективным генератором.

4. Способ по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что его используют для передачи видео-, аудио- и управляющих сигналов, состоящих подобно показу диапозитивов из меняющихся сигналов кадров и сигналов звукового сопровождения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6