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Verfahren zur Synchronisierung des Vertikalweehsels beim Fernsehen mit Zeilensprungübertragung.
Die Erfindung bezieht sieh auf das Problem, beim Versehen unter Verwendung eines Zeilensprungverfahrens den Vertikalweehsel im Bildaufbau zu synchronisieren. Es soll sich dabei um ein Zeilensprungverfahren handeln, bei welchem unter der Voraussetzung zweier Zeilenfolgen je vollständiges Bild, die Zeilenzahl je Bild ungerade ist. Wenn jedes Fernsehbild aus mehr als zwei Zeilenfolgen besteht, darf die Zeilenzahl je Bild durch die Zahl der Zeilenfolgen je Bild nicht ohne Rest teilbar sein. Das Problem der Synchronisierung des Vertikalwechsels ist deshalb besonders wichtig, weil beim erwähnten Zeilensprungverfahren, ebenso wie bei jedem andern, auch eine sehr kleine vertikale Verschiebung der einen Zeilenfolge gegen die andere zu einer erheblichen Störung des Fernsehbildes führt.
Wie hoch die Anforderungen an die genaue Lage der zweiten Zeilenfolge innerhalb der ersten beim Zeilensprungverfahren sind, soll an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert werden. In den Fig. 1 gehören die Zeilen 1, 3, 5 usw. zu der ersten Zeilenfolge I und die Zeilen 2, 4, 6 usw. zu der zweiten Zeilenfolge II. Wenn nun die Zeilen der zweiten Zeilenfolge etwa nicht genau in die Mitte zwischen die Zeilen der ersten Zeilenfolge geschrieben werden, sondern, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, etwa um 5-10% von dem Abstand, welchen zwei Zeilen der ersten Zeilenfolge voneinander besitzen, aus der Mitte verschoben sind, so empfindet man bei der Betrachtung des Fernsehbildes diese "paarige" Lage der Zeilen bereits als recht störend.
Man kann sich hievon leicht überzeugen, wenn man die Fig. 2 etwa aus 12 xi Abstand betrachtet. Die Forderung, dass die vertikale Verschiebung der beiden Zeilenfolgen gegeneinander weniger als 50% im oben definierten Sinne ausmacht, bedeutet gleichzeitig, dass die Amplitude des Vertikalsägezahnes bei zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Sägezähnen bei einem 375-Zeilenbild um weniger als (5 : 375) % = zirka 0'130/00 verschieden sein muss. Es wird später gezeigt werden, dass dies gewisse Schwierigkeiten bereitet. Bei der im folgenden zu beschreibenden Erfindung soll ausserdem noch vorausgesetzt werden, dass zur Synchronisierung des Vertikalwechsels jeweils einige Zeilenimpulse fortgelassen werden.
Ein derartiges Verfahren, welches bereits an andrer Stelle vorgeschlagen worden ist, bringt die Möglichkeit mit sich, trotz der besonderen Verhältnisse, welche die Synchronisierung des Vertikalwechsels beim Zeilensprungverfahren so schwierig machen, für eine gute Definition des Vertikalweehsels, d. h. dafür zu sorgen, dass die beiden Zeilenfolgen im Empfangsbild genau richtig ineinander liegen. Die erwähnten besonderen Verhältnisse beim Zeilensprungverfahren bestehen darin, dass unter der Voraussetzung zweier Zeilenfolgen je vollständiges Bild (Zweierverfahren) der Vertikalwechselimpuls bei der einen Zeilenfolge einen um 1/2 Zeilendauer längeren Abstand von dem vorhergehenden Zeilenimpuls besitzt wie bei der zweiten Zeilenfolge.
Es besteht daher die Möglichkeit, dass diejenige Schaltungsanordnung welche zur Aussiebung der Vertikalimpulse aus den Zeilenimpulsen benutzt wird, auf den einen Vertikalimpuls in etwas andrer Weise reagiert als auf den nächsten Vertikalimpuls, da nämlich im Augenblick des Eintreffens der beiden Vertikalimpulse der Zustand der Sehaltungsanordnung wegen der erwähnten verschiedenen Vorgeschichte nicht der gleiche ist. Gemäss dem oben erwähnten älteren Vorschlag sollte diese Schwierigkeit durch Fortlassung einiger Zeilenimpulse vor dem Vertikalimpuls überwunden werden. Es kann sieh dann die zur Aussiebung des Vertikalimpulses dienende Schaltunganordnung auf einen Ruhezustand einstellen, so dass man ein gleichmässiges Ansprechen auf beide Vertikalimpulse erwarten kann.
Nun hat sich jedoch gezeigt, dass hiemit die Synchronisierung des Vertikalwechsels zwar verbessert wird, dass jedoch trotzdem unter Umständen noch eine gegenseitige Verschiebung der beiden
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Zeilenfolgen im Empfangsbild, d. h. eine Zeilenlage nach Fig. 2, stattfinden kann. Die Erklärung dieser
Erscheinung hat grosse Schwierigkeiten bereitet, da aus oszillographischen und rechnerischen Unter- suchungen nicht zu ersehen war, weshalb sich unter den erwähnten Verhältnissen, bei denen das gleich- mässige Ansprechen der Schaltung zur Aussiebung des Vertikalimpulses sichergestellt war, die Ver- tikalablenkung für beide Zeilenfolgen noch verschieden ausbilden kann.
Die erfinderische Erkenntnis, welche zur Lösung des Problems führte, liegt nun darin, dass der
Verlauf des zur Vertikalablenkung dienenden Sägezahnes durch das Zusammenwirken folgender Um- stände beeinflusst wird :
1. Der Sägezahngenerator für die Zeilenablenkung hat, während ihm Zeilenimpulse zugeführt werden, einen andern Stromverbrauch wie ohne Impulse.
2. Das Netzanschlussgerät, welches im Fernsehempfänger sämtliche Hilfsspannungen zu liefern hat, ändert bei Änderung der Belastung seine Ausgangsspannung.
3. Die Unterdrückung von Impulsen kann beim Zweierverfahren nur entweder in der Weise erfolgen, dass bei beiden Zeilenfolgen gleich viele Impulse fortgelassen werden und die verbleibenden
Impulszahlen beider Zahlenfolgen somit ungleich gross werden, oder in der Weise, dass man bei beiden Zeilenfolgen ungleich viele Impulse fortlässt, so dass dann jede Zeilenfolge die gleiche Anzahl von Impulsen enthält. Bei einem Zweierverfahren ist ja die Zeilenzahl je Bild ungerade und für die Aufteilung der entsprechenden Zeilenimpulse auf die beiden Zeilenfolgen bestehen daher nur die beiden oben genannten Möglichkeiten.
Es bestand nun zunächst die Vermutung, dass es zur Erreichung einer gleichmässigen Belastung des Netzanschlussgerätes über die ganze Bilddauer zweckmässig sei, sich für die zweite der unter 3. erwähnten Möglichkeiten zu entscheiden. Eine genauere Untersuchung hat jedoch, wie es vorweg gesagt werden soll, die äusserst überraschende Tatsache ergeben, dass es im Gegenteil ganz unvergleichlich viel günstiger ist, in jeder Zeilenfolge mit einer ungleichen Anzahl von Impulsen zu arbeiten.
Diese Untersuchung soll im folgenden wiedergegeben werden, u. zw. zur Vereinfachung der Betrachtung unter der Annahme, dass der Sägezahngenerator für die Zeilenablenkung bei jedem Impuls einen Stromverbrauch aufweist, der für die Dauer einer Zeilenperiode konstant und dann Null ist.
Zur Untersuchung des Bildaufbaus in der Vertikalrichtung, die, wie sieh zeigen wird, auf eine Untersuchung des Spannungsabfalls des Netzanschlussgerätes hinausläuft, soll die Belastung dieses Netzanschlussgerätes durch den Strom für den Zeilensägezahngenerator untersucht werden. Man kann sich ja vorstellen, dass das Netzanschlussgerät des Fernsehempfängers, sofern keine Zeilenimpulse vorhanden sind, im Sinne der obigen Annahme für den Stromverbrauch des Sägezahngenerators den Spannungsabfall Null besitzt.
Zur Untersuchung der Belastungsverhältnisse des Netzanschlussgerätes soll dabei auf die Fig. 3 Bezug genommen werden, in welcher der Verlauf der Zeilenimpulse, unter Voraussetzung eines 375- Zeilenbildes und eines Zweierverfahrens, innerhalb einer ganzen Bilddauer dargestellt ist. Zur Vereinfachung der nachfolgenden Betrachtung ist dabei die erste Zeilenfolge I oberhalb der zweiten Zeilenfolge II gezeichnet. Jede Zeilenfolge besteht aus einem Intervall, das in Fig. 3 mit "Synchronisiernng" bezeichnet ist und innerhalb dessen, wie bereits erwähnt, keine Zeilenimpulse seitens der Sendestation übertragen werden sollen und aus einem mit "Bildaufbau" bezeichneten Intervall, innerhalb dessen die in Fig. 1 und 2 dargestellten Zeilen geschrieben werden.
Die Grenze C, D zwischen der Synchronisierungs-und der Bildaufbauzeit ist bei Fig. 3 in der Weise gewählt, dass bei beiden Zeilenfolgen je 6 Impulse unterdrückt werden und die Zeilenfolge I somit noch 182, diejenige 11 nur noch 181 Zeilenimpulse umfasst. Die in Fig. 3 dargestellten Verhältnisse entsprechen also dem ersten oben unter 3. genannten Fall.
In Fig. 4 ist der zweite der oben unter 3. genannten Fälle veranschaulicht. Der Unterschied gegenüber der Fig. 3 besteht einzig und allein darin, dass die Grenze E, F zwischen der Synchronisierung und der Bildaufbauzeit in Vertikalrichtung so gelegt ist, dass 6 Impulse innerhalb der Zeilenfolge I, innerhalb derjenigen II dagegen nur 5 Impulse unterdrückt werden. Dementsprechend werden in der Zeilenfolge I gleich viele Zeilenimpulse übertragen wie in der Zeilenfolge II, nämlich je 182.
Die Summe der insgesamt unterdrücken und insgesamt übertragenen Zeilenimpulse beträgt sowohl im Falle der Fig. 3 als in demjenigen der Fig. 4 im ganzen 375, nämlich im Falle der Fig. 3 (6 + 182 + 6 + 181) und im Falle der Fig. 4 (6 + 182 + 5 + 182) Impulse.
Unter Benutzung der bereits eingangs ausgesprochenen Voraussetzung, dass der Stromverbrauch des Sägezahngenerators für die Zeilenablenkung während der ganzen Zeilenperiode (Zeilen- rucklauf-und Zeilenhinlaufzeit) konstant und dann Null sein soll, ergeben sieh für die Belastung des Netzansehlussgerätes durch den Zeilensägezahngenerator im Falle der Fig. 3 die in Fig. 5 dargestellten Verhältnisse. Während der Zeilenfolge I beginnt die Belastung des Netzansehlussgerätes bei dem Impuls 7 und endet im Augenblick des Einsatzes des Impulses 189, da ja der Impuls 188, welcher noch zur ersten Zeilenfolge gehört, eine Belastung des Netzanschlussgerätes herbeiführt, die, wie oben vorausgesetzt, während einer Zeilenperiode konstant und dann Null sein soll.
Während der zweiten Zeilenfolge II dagegen beginnt die Belastung erst durch den Impuls 195, welcher, ebenso wie alle andern Impulse der Folge II, wegen der ungeraden Zeilenzahl je Bild"auf Lücke"zu den Impulsen der Folge I
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steht. Der Impuls 194 liegt noch innerhalb der Synchronisierungszeit und bringt daher keine Belastung hervor. Das Ende der Belastung innerhalb der Zeilenfolge II wird durch den Impuls 375 hervorgebracht und liegt um 1/4 Zeilendauer nach dem Zeitpunkt A, B.
Der in Fig. 5 dargestellte Belastungsverlauf enthält nun eine Komponente, die mit der Frequenz der Zeilenfolgen (also mit der Frequenz von 50 Hz und den geradzahligen sowie ungeradzahligen
Harmonischen von 50 Hz, bei der heute gebräuchlichen Bilderzahl von 25 pro Sekunde) wiederkehrt und eine Komponente, welche nur die Frequenz 25 Hz besitzt. Die Fig. 5 lässt ohne weiteres erkennen, dass innerhalb der Zeit ti, t2 in der Folge I und innerhalb der Zeit t3, t4 in der Folge II das Netzansehluss- gerät durchaus gleichmässig belastet ist.
Diese mit der Frequenz 50 Hz erfolgende Belastung kann für eine Zeilenverschiebung im Sinne der Fig. 2 keinesfalls verantwortlich gemacht werden, da sie ja mit derselben Frequenz wiederkehrt, mit welcher der Vertikalwechsel im Empfangsbild vor sich geht. Man kann daher diese 50-periodige Belastungskomponente bei der weiteren Betrachtung unberück- sichtigt lassen.
In der Fig. 6 ist der restliche Belastungsverlauf dargestellt. Dieser besteht in der ersten Zeilenfolge aus einem Belastungsstoss, welcher 61/4 Zeilen nach dem Zeitpunkt A, B beginnt und für 1/2 Zeilendauer besteht und in einem zweiten Belastungsstoss, welcher 1/4 Zeilendauer nach Beendigung der Folge I beginnt und ebenfalls wieder für Vs Zeilendauer besteht. Innerhalb der Folge II ist keine Belastung vorhanden, wenn man nicht den zuletzt erwähnten Belastungsstoss zur Folge II rechnen will.
Wie später zu erkennen sein wird, ist es jedoch ganz gleichgültig, wohin man den letzteren Belastungsstoss rechnet, er soll daher zunächst als zur Folge I gehörig betrachtet werden, wenn er auch in der Zeit, die der Folge II zugeordnet ist, u. zw. innerhalb der Synchronisierungszeit dieser Folge, stattfindet.
Bevor die in Fig. 6 dargestellte 25-periodige Belastung, die bei dem Verfahren nach Fig. 3 auftritt, näher untersucht wird, soll zunächst die entsprechende Betrachtung für den Fall der Fig. 4 angestellt werden. In der Fig. 7 ist der Belastungsverlauf innerhalb der Folge 7 derselbe wie in der Fig. 5.
Jedoch beginnt innerhalb der Folge II die Belastung um eine Zeilenperiode früher als im Falle der Fig. 3 bzw. 5 (dies rührt daher, dass bei Fig. 4 im Gegensatz zu Fig. 3 der Impuls 194 nicht mit unterdrückt wird, worauf schon oben hingewiesen wurde) und endet zum selben Zeitpunkt wie in Fig. 3 bzw. Fig. 5. Es werden nun auch in diesem Falle die Belastungsanteile innerhalb beider Zeilenfolgen, welche mit der Frequenz 50 Hz wiederkehren, aus der weiteren Betrachtung entfernt, und in Fig. 8 ist dementsprechend die restliche 25-periodige Belastung dargestellt.
Der Vergleich der Belastungszustände für das Verfahren nach Fig. 3 einerseits und Fig. 4 anderseits führt also zu dem Ergebnis, dass der Verlauf in beiden Fällen tatsächlich verschieden ist, u. zw. wenn man diesen Verlauf innerhalb einer ganzen Bildperiode aufzeichnet, entsprechend der Fig. 9 vor sich geht. In dieser ist oben der Verlauf entsprechend Fig. 6, d. h. entsprechend dem Verfahren nach Fig. 3, und unten der Verlauf entsprechend Fig. 8, d. h. entsprechend dem Verfahren nach Fig. 4, veranschaulicht. Es ist nun festzustellen, dass die Belastungsstösse in Fig. 9 oben eine sehr viel kleinere 25-Periodenkomponente darstellen als die Belastungsstösse in Fig. 9 unten, trotzdem in jedem der beiden Fälle zwei Belastungsstösse vorhanden sind, welche gleiche Dauer und gleiche Amplitude besitzen.
Die Tatsache, dass die Belastung in Fig. 9 oben sehr viel kleiner ist als in Fig. 9 unten folgt nämlich daraus, dass die beiden Entlastungsstösse in den beiden miteinander zu vergleichenden Fällen innerhalb
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Hievon kann man sich leicht an Hand folgender Betrachtung überzeugen. Es sei zunächst an Hand der Fig. 10 ein Belastungsverlauf untersucht, welcher sich von demjenigen nach Fig. 9 oben nur dadurch unterscheidet, dass er um 5 Zeilenperioden in der Phase verschoben ist. Der Belastungsverlauf nach Fig. 10 muss dementsprechend dieselbe absolute Grösse der 25-Periodenkomponente besitzen wie in Fig. 9 oben. Lediglich die Phasenlage der 25-Periodenkomponente innerhalb der Biddauer kann eine andre sein als bei Fig. 9 oben.
Es ist anderseits klar, dass ein Belastungsverlauf nach Fig. 11, welcher ebenfalls aus zwei Stössen gleicher Amplitude und gleicher Dauer wie in Fig. 9 oben oder unten und Fig. 10 besteht, überhaupt keine 25-Periodenkomponente besitzen kann. Die beiden in Fig. 11 eingezeichneten Belastungsstösse haben nämlich von den Zeitpunkten A, B, die um 1/50 Sekunde voneinander entfernt sind, jeweils gleiche Zeitabstände von 53/4 Zeilen. Es handelt sich nämlich in Fig. 11 um einen rein mit der Frequenz 50 (und höheren Harmonischen, jedoch nicht mit der Frequenz 25) wiederkehrenden Belastungsverlauf.
Es ist weiterhin klar, dass man eine von Null an zunehmende 25-Periodenkomponente erhalten muss, wenn man in dem Verlauf nach Fig. 11 den linken der beiden Belastungsstösse allmählich nach dem Ende der Zeilenfolge 1 und darüber hinaus bis zum rechten der beiden Belastungsstösse verschiebt. Solang diese Verschiebung noch gering ist, wie im Falle der Fig. 10, die, wie dargelegt, mit der Fig. 9 oben identisch ist, ist die 25-Periodenkomponente gering. Wenn jedoch der linke der beiden Belastungsstösse bis nahe an den rechten Stoss in Fig. 11 phasenverschoben wird, ist die 25-Periodenkomponente viel grösser.
In diesem letzteren Falle kommt man aber zu derselben Belastungsverteilung wie in Fig. 9 unten, so dass also die oben ausgesprochen Behauptung, dass die Amplitude der 25-Periodenkomponente in Fig. 9 unten grösser ist als in Fig. 9 oben, hiemit
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bewiesen ist. Die Phaserlage der 25-Periodenkomponente in Fig. 9 oben ist zwar eine andere als in Fig. 9 unten. Auf den geschilderten Unterschied der Amplitudenbeträge hat dies jedoch keinen Einfluss.
Eine Fourierzerlegung der Mäanderkurven für den Belastungsverlauf in beiden Fällen zeigt auch, dass die Belastungskomponente von 25 Hz im Falle der Fig. 9 unten etwa zehnmal grösser ist als im Falle der Fig. 9 oben.
An Hand der Fig. 9 soll nochmals darauf hingewiesen werden, dass es als im höchsten Grade überraschend anzusehen ist, welchen Einfluss die Unterdrückung des Impulses 194 - und dies ist ja der einzige Punkt, in dem sich das Verfahren nach Fig. 3 von demjenigen nach Fig. 4 unterscheidetauf die Grösse der Belastungskomponente von 25 Hz ausübt.
Die 25-periodige Belastungskomponente ist nun für die Vertikalverschiebung der beiden Zeilenfolgen im Empfangsbild insofern verantwortlich zu machen, als das Netzansehlussgerät an den Vertikalsägezahngenerator in der zweiten Zeilenfolge im Mittel eine andre Gleichspannung liefert als während der ersten Zeilenfolge. Die Vertikalablenkung während der zweiten Zeilenfolge verläuft also nach einem etwas andern Gesetz als während der ersten Zeilenfolge, so dass die Zeilen der zweiten Zeilenfolge im Empfangsbild nicht genau in der Mitte zwischen den Zeilen der ersten Zeilenfolge liegen können, wenn der Spannungsabfall des Netzanschlussgerätes mit der Frequenz 25 Hz schwankt.
Praktisch hat sich jedoch gezeigt, dass die Spannungsschwankung im Falle der Fig. 3 so gering ist (es wurde bereits erwähnt, dass sie etwa zehnmal kleiner ist als im Falle der Fig. 4), dass sie durchaus in Kauf genommen werden kann.,
Hieraus folgt die auf Grund der vorliegenden Erfindung ausgesprochen technische Regel, die Unterdrückung von Zeilenimpulsen in der Weise vorzunehmen, dass für jeden Vertikalwechsel gleich viele Zeilenimpulse fortgelassen werden. Das Verfahren gemäss Fig. 4, bei welchem beide Zeilenfolgen
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wie bei der andern, bringt gegenüber dem Verfahren nach Fig. 3 eine so starke Belastung des Netzanschlussgerätes mit der Frequenz 25 Hz hervor, dass die Spannungsschwankung den Aufbau des Fernsehbildes in Vertikalrichtung ganz nennenswert stört.
Diese Störung würde nur verschlimmert werden, wenn man etwa bei der zweiten Zeilenfolge den Unterschied in der unterdrücken Impulszahl noch grösser als 1 wählen wollte.
Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass die besprochenen Verhältnisse durchaus unabhängig davon sind, ob der Sägezahngenerator für die Zeilenablenkung beim Auftreten oder beim Fehlen von Zeilenimpulsen einen höheren Stromverbrauch hat. Der erstere Fall ist oben stillschweigend vorausgesetzt worden, indem die Belastung"des Netzanschlussgerätes untersucht wurde. Der letztere Fall kann auf den ersteren Fall zurückgeführt werden, indem man die Entlastung"untersucht, d. h. die Spannungsänderung des Netzanschlussgerätes prüft, welche durch den geringeren Stromverbrauch beim Auftreten der Zeilenimpulse hervorgerufen wird. Man gelangt bezüglich der relativen Grösse der 25-Periodenkomponente in beiden Fällen zum gleichen Ergebnis.
Ferner ist noch darauf hinzuweisen, dass bei einem Dreierverfahren und einer Vertikalfrequenz
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auftreten würden. Bei einem Viererverfahren und bei Verfahren mit noch höheren Zeilenserienzahlen je Bild gilt entsprechendes. Schliesslich ist noch festzustellen, dass der Vertikalweehselimpuls, der ja während der Synchronisierungszeit in irgendeiner Form übertragen werden muss, keinesfalls eine mit der Frequenz 25 bzw. 161/3 und 331/3 Hz verlaufende Spannungsänderung des Netzanschlussgerätes hervorrufen kann, u. zw. unabhängig davon, in welcher Weise er gesendet und empfängerseitig ausgewertet wird.
Die gegebenen Erläuterungen lassen erkennen, dass es für die Beseitigung der schädlichen 25-Hz Komponente ausschliesslich auf die richtige Wahl der je Zeilenfolge unterdrücken Anzahl von Zeilenimpulsen ankommt. Es ist also gleichgültig, ob diese Unterdrückung vor dem Vertikalweehselimpuls oder nach dem Vertikalweehselimpuls stattfindet oder etwa dadurch, dass der Vertikalwechselimpuls selbst mehrere Zeilenperioden umfasst und die in diese Zeit fallenden Zeilenimpulse am Sender somit unterdrückt werden. In den beiden letzten Fällen bedarf die Frage der Vorgeschichte des Vertikalimpulses natürlich einer besonderen Beachtung.