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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufzeichnung von
mehreren eine zusammenhängende Bildfolge darstellenden, vorzugsweise jeweils aus
zwei Teilbildern mit Zwischenzeile aufgebauten Fernsehbildern mittels eines punktförmig
wirkenden Aufzeichnungsorgans, z. B. eines Elektronenstrahls, auf einer spiralförmigen
Aufzeichnungsspur eines rotierenden, plattenförmigen Aufzeichnungsträgers, bei dem
die Umlaufdrehzahl des Aufzeichnungsträgers so groß gewählt wird, daß pro Umdrehung
ein vollständiges Bild bzw. Teilbild aufgezeichnet wird, und das Aufzeichnungsorgan
längs einer Radiuslinie über den Aufzeichnungsträger bewegt wird.
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Will man normgerechte Fernsehsignale mit Hilfe von punktförmig wirkenden
Aufzeichnungsorganen auf rotierenden, plattenförmigen Körpern aufzeichnen, so können
mit realisierbaren, in der Größenordnung von wenigen Mikrometern liegenden Punktdurchmessern
des Aufzeichnungsorgans Programme mit einer Dauer von nur wenigen Minuten aufgezeichnet
werden, sofern man Platten noch handlichen Formates erhalten will.
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So ist z. B. aus der britischen Patentschrift 714 365 ein Verfahren
zur Aufzeichnung von Fernsehbildern bekannt, bei dem die einzelnen Bildsignale in
Form von entsprechend hellen und dunklen Punkten auf einer fortlaufenden Spiralspur
eines platten- oder zylinderförmigen Aufzeichnungsträgers eingespeichert werden,
und zwar in der Weise, daß pro Umdrehung des Aufzeichnungsträgers ein oder mehrere
vollständige Fernsehbilder aufgezeichnet werden und die benachbarten Einzelspuren
der Spiralspur sich unmittelbar berühren und damit ineinanderfiießen. Da der Vorschub
des Aufzeichnungsorgans somit durch die jeweilige Breite der Spiralspur bestimmt
wird, lassen sich bei der durch die Fernsehnorm erforderlichen großen Umdrehungszahl
des Aufzeichnungsträgers nur Programme mit kurzer Spieldauer aufzeichnen.
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Dies gilt auch für das aus der französischen Patentschrift 1401639
bekannte Verfahren, bei dem der Bild- und Toninhalt eines Fernsehsignals in zwei
benachbarten Spuren auf einem rotierenden, plattenförmigen Aufzeichnungsträger eingespeichert
wird, wobei das Bildsignal in Form einer fotografischen Aufzeichnung und das Tonsignal
vorzugsweise in herkömmlicher Weise Rillenschrift aufgetragen ist.
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Schließlich ist aus der deutschen Auslegeschrift 1155 476 ein Verfahren
zur Aufzeichnung von einzelnen aus einer Bildfolge entnommenen Fernsehbildern nach
dem Zeilensprungverfahren bekannt, bei dem die beiden Halbbilder auf getrennten
endlosen Aufzeichnungsspuren eines vorzugsweise magnetischen Signalspeichers aufgezeichnet
werden und bei dem dem einzelnen zu speichernden Fernsehbild ein Halbbild entnommen
wird, das durch Hinzufügen eines aus dem ersten Halbbild gewonnenen und verzögerten
zweiten Halbbildes mit gleichem Bildinhalt zu einem Vollbild bei der Wiedergabe
ergänzt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren anzugeben, das bei Verwendung gleich .großer Aufzeichnungsträger eine
wesentliche Verlängerung der Programmdauer er- i möglicht. Dabei soll berücksichtigt
werden, daß sich bei Fernsehbildfolgen mit normalen Bewegungsabläufen aufeinanderfolgende
Einzelbilder nur wenig voneinander unterscheiden, ferner daß der Verlust an Detailauflösung
und der subjektiv empfundene Schärfeverlust in vertretbaren Grenzen bleibt, wenn
das mit Zwischenzeile geschriebene Fernsehbild aus zwei gleichen Teilbildern aufgebaut
wird, und schließlich, daß die Perzeptionszeit des menschlichen Auges etwa 0,1
... 0,2 sec beträgt, worunter diejenige Zeit zu verstehen ist, nach welcher
das Auge eine bewegte und dann plötzliche zur Ruhe gekommene Kontur in voller Schärfe
aufnimmt.
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Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung, die sich auf ein Verfahren
der eingangs genannten Art bezieht, dadurch gelöst, daß das punktförmig wirkende
Aufzeichnungsorgan längs der Radiuslinie in einer der Perzeptionszeit des Auges
entsprechenden Zeit vorzugsweise etwa 0,1 sec, nur um seinen Punktdurchmesser weiterbewegt
wird.
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Dadurch, daß durch die Umlaufbedingung des Aufzeichnungsträgers ein
bestimmter Bildpunkt jedes Fernsehbildes stets auf der gleichen Radiuslinie aufgezeichnet
wird, können die spiralartig angeordneten Einzelspuren überlappt geschrieben werden,
da der Vorschub des Aufzeichnungsorgans nicht mehr durch die Breite der Spiralspur,
sondern nur noch durch die Perzeptionszeit des Auges bestimmt ist. Aus der sich
daraus ergebenden wesentlich geringeren Vorschubgeschwindigkeit des Aufzeichnungsorgans
ergibt sich in vorteilhafter Weise eine wesentliche Verlängerung der Programmdauer
bei gleichem Platzbedarf -dies unter dem Zugeständnis, daß bei Teilbildaufzeichnung
sich die Bildqualität, d. h. die Auflösung des Fernsehbildes, nur entsprechend einer
Halbierung der Zeilenzahl verschlechtert.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand von Figuren näher
erläutert.
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Die F i g. 1 zeigt einen in Form einer Schallplatte ausgebildeten
Aufzeichnungsträger 11, der mit einer derartigen Geschwindigkeit rotiert, daß die
Zeit für einen Umlauf exakt der Teilbilddauer des Fernsehsignals entspricht. Ein
punktförmig auf den Aufzeichnungsträger einwirkendes Aufzeichnungsorgan 12 wird
längs einer Radiuslinie gleichförmig so über den Aufzeichnungsträger bewegt, daß
dort eine Spiralspur 13 geschrieben wird.
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Führt man dem Aufzeichnungsorgan das Fernsehsignal eines stehenden
Bildes zu, so wird auf Grund der Umlaufbedingung ein bestimmter Bildpunkt des Bildes
stets auf der gleichen Radiuslinie des Trägers aufgezeichnet. Die F i g. 2 zeigt
in einem Fernsehbild mit sechs Zeilen=einen in der dritten Zeile vorgesehenen waagerechten
Strich S und die dementsprechend aufgezeichnete Spiralspur, wo dieser Strich jeweils
im gleichen, einer bestimmten Zeile zugeordneten Kreissektor eingeschrieben ist.
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Bewegt sich im Fernsehbild der Strich S von der äußersten rechten
Seite stetig nach links, wobei der Unterschied von Bild zu Bild gering sei, so wird
die diesem Strich S zugeordnete Bildpunktgruppe in jeder einzelnen Spur geringfügig
auf eine andere Radiuslinie verschoben erscheinen, wie dies aus F i g. 3 ersichtlich
ist.
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Zur Bestimmung der notwendigen Steigung der Spiralspur geht man davon
aus, daß die Einzelspuren grundsätzlich überlappt geschrieben werden. Unter der
Voraussetzung, daß die Auflösung eines beliebigen Abtastorgans, das wie das Aufzeichnungsorgan
über den rotierenden Träger bewegt wird, der Auflösung des Aufzeichnungsorgans entspricht,
ist offensichtlich
eine Bildstörung durch die überlappte Aufzeichnung
bei stehenden Konturen nicht möglich. Stehende Bilder könnten nämlich in einer in
sich geschlossenen Kreisspur gezeichnet werden. Bei bewegten Konturen ergibt sich
zwar durch die überlappung eine Verwaschung - aber nur während der Bewegung. Die
größtmögliche überlappung bzw. kleinstmögliche Steigung der Spiralspur bestimmt
sich nun daraus, daß erst nach Ablauf der Perzeptionszeit des menschlichenAuges
eine aus der Bewegung zur Ruhe gekommene Kontur in voller Schärfe dargestellt wird.
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An Hand einer überschlägigen Berechnung wird dies näher erläutert.
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Vorausgesetzt wird ein Fernsehsignal nach CCIR-Norm mit Zwischenzeile.
Bandbreite 0 ... 5 MHz, 625 Zeilen, Zeilenfrequenz 15 625 Hz, Teilbild-Wechselfrequenz
50 Hz. Die Aufzeichnung erfolgte bei einem Radius R von 150 mm des rotierenden Aufzeichnungsträgers
mit einemAufzeichnungsorgan, welches mit einem »Punkt«-Durchmesser von 5 u auf den
Aufzeichnungsträger einwirkt. Die Spiralspur wird demzufolge 5 u breit.
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Die Drehzahl des Aufzeichnungsträgers ergibt sich entsprechend der
Teilbild-Wechselfrequenz zu n = 50/sec = 3000 U/min.
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Die Zeit für einen Umlauf entspricht der eines Teilbildes t = 1/5o
sec = 20 ursec.
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Die Länge der während eines Umlaufes beschriebenen Spur beträgt Z
= 2 n R " 940 mm.
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Auf dieser Spiralspur ergibt eine 5-MHz-Schwingung eine Wellenlänge
von
die mit Abtastorganen mit 5 R, Auflösung noch abtastbar ist.
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Für den Vorschub des Aufzeichnungsträgers gilt nun, daß nach etwa
0,1 sec eine zur Ruhe gekommene Kontur mit voller Schärfe wiedergegeben werden muß,
daß also vom Abtastfleck nach 0,1 sec keine Anzeichen einer vorherigen Bewegung
mehr wahrgenommen werden dürfen. Das Aufzeichnungsorgan und ebenso der Abtaster
müssen sich demnach auf ihrer Radiuslinie während 0,1 sec um den Punktdurchmesser
weiterbewegt haben. Die Geschwindigkeit dieser Bewegung beträgt
Bei einer normalen,nichtüberlappten Aufzeichnung würde sich auf ähnliche Weise eine
Geschwindigkeit des Aufzeichnungsorgans von 250 Edsec ergeben, da in diesem Fall
während einer Zeit von 0,1 sec fünf nebeneinander verlaufende Spuren von jeweils
5 u Breite geschrieben werden müßten.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit möglich, innerhalb
eines Variationsbereiches des Aufzeichnungsradius von 50 mm, z. B. zwischen Radien
von 200 bis 150 mm, eine Programmdauer von
aufzuzeichnen. Wegen der phasenstarren Verbindung zwischen Drehzahl und Bildwechselfrequenz
und der daraus sich ergebenden Korrelation zwischen den einzelnen Spuren kann auf
die Forderung verzichtet werden, daß bei der Wiedergabe die radiale Vorschubgeschwindigkeit
des Abtastorgans exakt dem Vorschub des Aufzeichnungsorgans entspricht - es wird
in jedem Fall ein Bild wiedergegeben, wie überhaupt der Abtaster auf eine Spurführung
verzichten kann. So ist es z. B. möglich, den Vorschub des Abtastorgans stillzusetzen
und auf diese Weise einen Ausschnitt der Aufzeichnung als stehendes Bild wiederzugeben.
Durch entsprechende Veränderung der Vorschubgeschwindigkeit lassen sich in vorteilhafter
Weise auch Zeitraffungen bzw. Zeitdehnungen bei der Abtastung erreichen, ohne daß
Bildflimmern auftritt. Dabei erscheinen allerdings Konturen, die innerhalb dieses
Ausschnittes in Bewegung begriffen waren, im Bild auf Grund der Überlappung verwaschen.
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Sollen derartige Aufzeichnungen archiviert werden, um zu späterem
Zeitpunkt wiedergegeben zu werden, so sollte bei der Wiedergabe dafür Sorge getragen
werden, daß die aufgezeichneten Spiralspuren wie bei der Aufzeichnung exakt zentrisch
laufen. Allerdings ist eine eventuelle Exzentrizität bei stehenden Bildern und bei
feststehenden Konturen bewegter Bilder überhaupt nicht bemerkbar, nur senkrechte,
in horizontaler Richtung bewegte Konturen erleiden eine Geometrieverzerrung. Diese
ist um so größer, je schneller sich die Kontur durch das Bild bewegt. Zurückzuführen
ist sie darauf, daß während des Durchlaufens einer Hälfte des rotierenden Trägers
aus einer Spiralspur eine bestimmte Bewegungsphase abgetastet und z. B. in der oberen
Hälfte des Bildes wiedergegeben wird; während des Durchlaufens der anderen Hälfte
wird aus benachbarten Spiralspuren eine andere, z. B. frühere Bewegungsphase abgetastet
und in der unteren Hälfte des Bildes wiedergegeben.
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Da bei jedem Fernsehbild, auch bei einem stehenden Bild, die elektrischen
Signale der beiden Teilbilder nicht identisch sind, wird durch die überlappung bei
der Aufzeichnung eine Verwaschung entstehen, insbesondere bei schräg und waagerecht
verlaufenden Konturen. Diese wird zweckmäßig dadurch vermieden, daß bei der Aufzeichnung
grundsätzlich nur jedes zweite Teilbild geschrieben wird. Während der Dauer des
anderen Teilbildes läuft dann das Aufzeichnungsorgan leer. Da sich trotz dieser
Austastung die einzelnen Spiralspuren noch überlappen, wird der Abtaster ein durchlaufendes
Signal abgeben.
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Für die Synchronisationseinrichtungen von Fernseh-Empfangsgeräten
sind die elektrischen Signale der zwei Teilbilder dadurch verschieden, daß der Bildwechselimpuls
(Vertikal-Synchronimpuls) jeweils abwechselnd mit einem Zeilenwechselimpuls einsetzt
oder gegenüber der Folge der Zeilenimpulse um eine halbe Zeilenperiode verschoben
ist. Dadurch erst ergibt sich eine exakte Verkämmung der beiden Teilbilder auf der
Bild-Wiedergaberöhre. Da bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren auf Grund der Überlappung
nicht mehr zwischen Teilbildern unterschieden
wird - es wird immer
die gleiche Phasenlage des Bildwechselimpulses abgetastet -, müssen zumindest die
phasenverschobenen Bildwechselimpulse nach der Abtastung künstlich erzeugt werden.
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Wie die in F i g. 4 dargestellte Schaltungsanordnung zeigt, werden
von dem vom Abtastorgan abgetasteten Fernsehsignal sowohl die Horizontal-Synchronimpulse
HS als auch die Bildwechsel- bzw. Vertikal-Synchronimpulse VS in einer Abtrennschaltung
14 aus dem Bildsignal gewonnen und in einer Art Weiche 15 voneinander getrennt.
Von den abgetasteten und abgetrennten Bildwechselimpulsen VS wird ein elektronischer
Umschalter 16 gesteuert, der den Vertikal-Synchronimpuls VS einmal unverzögert
und einmal über ein Verzögerungsglied 17 um eine halbe Zeilenperiode verzögert an
die Synchronisationseinrichtungen des Bildwiedergabegerätes gelangen läßt.
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Das von einer solchen Aufzeichnung abgetastete und wiedergegebene
Fernsehbild weist zwar in Horizontalrichtung eine Auflösung entsprechend einem z.
B. 625zeiligen Fernsehbild auf - in Vertikalrichtung aber wegen Unterdrückung der
Zwischenzeile nur eine Auflösung entsprechend 312 Zeilen. Es ist daher vorteilhaft,
mit diesemAufzeichnungsverfahren ein Verfahren zur Frequenzbandeinengung zu kombinieren.
Sofern man auf diesem Wege ein erheblich günstigeres Verhältnis von kürzester Wellenlänge
zu Aufzeichnungs-Punktdurchmesser erzielt, ist es z. B. möglich, auf einem Umfang
des Aufzeichnungsträgers nicht nur ein Teilbild, sondern beide Teilbilder aufzuzeichnen.
Dabei kann allerdings die überlappung nicht so weit wie bisher getrieben werden,
so daß die effektive Programmdauer pro Einheit der Radiusvariation nicht größer
wird, es sei denn auf Grund einer Verringerung des Punktdurchmessers. Man gewinnt
hier durch die unabhängige Wiedergabe auch des zweiten Teilbildes lediglich an Auflösung
in der Vertikalrichtung. Die Drehzahl des Aufzeichnungsträgers muß in diesem Fall
1500 U/min betragen, entsprechend einer Vollbild-Wechselfrequenz von 25 Hz.
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Mit Hilfe des Verfahrens können Fernsehsignale nach allen derzeit
bekannten Normen aufgezeichnet werden, sofern man bei der Aufzeichnung geringfügige
Abwandlungen in Kauf nimmt. Auf der Wiedergabeseite allerdings muß ein Wiedergabegerät
vorhanden sein, das auf die jeweils aufgezeichnete Fernsehnorm eingerichtet ist.
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Dieses Verfahren einer überlappten Aufzeichnung ist ferner unabhängig
von der Technologie des Aufzeichnungsverfahrens. Die Aufzeichnung kann beispielsweise
mit einem helligkeitsmodulierten Lichtfleck auf Fotoschichten bewirkt werden, deren
Schwärzung das Signal darstellt. Es ist prinzipiell auch bei Magnetfolien-Aufzeichnung
anwendbar, wobei allerdings zu beachten ist, daß die Aufzeichnung einer Spiralspur
beim zweiten Überfahren des Aufsprechmagnetkopfes insoweit gelöscht wird, als-sich
die beiden Spuren überlappen. Man kann also im Grunde Magnetköpfe mit beliebiger
Spaltlänge für die Aufzeichnung verwenden. Außerdem ist die Aufzeichnung mit Hilfe
einer Trägerfrequenz möglich, die mit dem Fernsehsignal amplitudenmoduliert ist.
Für den Fall, daß vom Abtaster auch diese Trägerfrequenz zwecks späterer Demodulation
wieder abgetastet werden muß, ist es erforderlich, daß diese Trägerfrequenz ein
ganzzahliges, phasenstarres Vielfaches der Drehzahl bzw. der Bildwechselfrequenz
ist, wenn sich nicht Auslöschungen zwischen den überlappenden Spiralspuren ergeben
sollen.