DE1925978A1

DE1925978A1 - System zur Herabsetzung der fuer eine Signaluebertragung erforderlichen UEbertragungsbandbreite

Info

Publication number: DE1925978A1
Application number: DE19691925978
Authority: DE
Inventors: Albert Macovski; Woodbury James Roberts
Original assignee: Southern Pacific Co
Current assignee: Southern Pacific Co
Priority date: 1968-05-22
Filing date: 1969-05-21
Publication date: 1969-11-27
Also published as: FR2009933A1; FR2009933B1; SE362565B; US3538246A; DE1925978C2; GB1266232A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F.Weickmann, 1925978

Dipl.-Ing. H. Weιckmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

Southern Pacific Company

65 Market Street, San Francisco, California, V.St.v.A.

System zur Herabsetzung der für eine Signalübertragung erforderlichen Übertragungsbandbreite

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Herabsetzung der Bandbreite bei der Übertragung von Informationen und .insbesondere bei der Faksimileübertragung. Die Erfindung benutzt insbesondere verbesserte digitale Verfahren zur Herabsetzung der Bandbreite bei der Übertragung von analogen Informationen.

In einem in der Zeitschrift "Electronics" vom 22.3.1.963» von Adain Lender veröffentlichten Artikel "Easter Digital Communications with Duobinary Techniques" ist ein Übertragungssystem beschrieben, bei dem die an sich erforderliche Übertragungsbandbreite um die Hälfte herabgesetzt wird. Dabei wird eine Zufallsfolge von Binärziffern entsprechend Duobinär-Kodierungsregeln in eine entsprechende Folge von Ziffern umgesetzt: Binärzeichen "0" bleiben-als Binärzeichen "0" erhalten und Binärzreichen "1" nehmen entweder

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eine positive oder eine negative Polarität an, und zwar bei jeweils gleicher Amplitude. Die Polaritätswechsel hängen von der Anzahl der zwischen den Binärzeichen "1" liegenden Binärzeichen "0" ab. Die Polarität des ersten Binärzeichens "1" in einer Folge von Binärzeichen ist rein zufällig. Die Polarität des nächsten Binärzeichens "1" ist die gleiche wie die Polarität des vorangehenden Binärzeichens "1", wenn die Anzahl dazwischenliegender Binärzeichen "0" gerade ist. Die Polarität des nächsten Binärzeichens "1" ist zu der Polarität des vorangehenden Binärzeichens "1". entgegengesetzt, v/enn die Anzahl der dazwischenliegenden Binärzeichen "0" ungerade ist. Die Polarität des nächsten Binärzeichens "1" ist gleich der Polarität des vorangehenden Binärzeichens "1", wenn keine zwischenliegenden Binärzeichen "0" vorhanden sind.

Es ist bereits an anderer Stelle (US-Anmeldung, Serial Wo. 700 081) eine Anordnung zur Bandbreitenherabsetzung beschrieben, bei der für die Übertragung einer analogen " Impulsfolge eine Verarbeitung der betreffenden, durch nicht synchrone Binärzeichen gebildeten Impulsfolge erforderlich, wie sie durch Abgabe von AusgangsSignalen von einem Faksimile-Abtaster an eine Schwellwerteinrichtung erzeugt wird. Diese Impulssignale treten in Form von Zeichen "+1" oder "0" auf, wobei jedes weitere Binärzeichen "1" invertiert wird* Dies führt zu einem Drei-Pegel-Signal ("+1¹V, "0", "-1"); dabei erfolgt niemals ein Übergang von "+1" auf "-1" oder von "-1" auf "+1".

Graupegel-Signale werden dadurch erhalten, daß ein Wechselstromsignal mit dem von dem Abtaster an der Sendestelle abgegebenen Ausgangssignal gemischt wird. Die Frequenz des Wechselstromsignals ist durch die Bandbreite des Übertragungskanals bestimmt. Da die Amplitude, des von einem Photovervielfacher erzeugten Analog-Signals bei einem grauen

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Schriftstück niedriger ist als bei einem schwarzen Schriftstück, bewirkt das hinzugesetzte Wechselstromsignal, daß die Grauwert-Signalamplitude mit der Wechselstromfrequenz geändert bzw.- moduliert ist. Dies führt nach Durchleiten der Signale durch eine Schv/ellwert einrichtung zu einem schnellen Auftreten einer Reihe von schmalen "1"-Signalen, welche bei der Wiedergabe in einem Empfänger zur Grauwert-Darstellung führen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, einen Weg zu zeigen, wie eine ixerabsetzung der für eine Signalübertragung erforderlichen Bandbreite auf besonders einfache Weise vorgenommen werden kann.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe mit einem System zur Herabsetzun_fc; der für eine übertragung von Analogimpulssignalen, die insbesondere durch Abtastung eines Schriftstückes in einer Faksimileeinrichtung gewonnen v/erden und dabei in ihrer Dauer der Länge einer Markierung auf dem Schriftstück und in ihrer Amplitude dem Gx^aupegel der jeweiligen Harkierung entsprechen, erforderlichen Bandbreite erfindungs- ^ einäß dadurch, daf: ümsetzeinrichtun,: en vorgesehen sind, die aufeinanderfolgende, mit einer einzigen Polarität auftretende AnalOt~-Impulssijnale vorzugsweise unter Beibehaltung ihrer jev.eilijeii Amplitude in eine Aus^angssirnalfol^e umsetzen, in welcher aufeinanderfolgende Impulse bzw. Signale in ihrer irolarität invertiert sind, und daS Ausv/erteeinrichtungen vorgesehen sine, die die so erhaltene Aus_can_fssignalfolge auswerten.

Gemnf: der Erfindung erfolgt eine Invertierung aufeinanderfolgender Im-pulse einer Impulsfolge, die durch Abtastung eines SchraitStückes erhalten ..erden; dabei bleibt die Grauwertinformation dadurch erhalten, daß der Amplitudenpegel jedes eier von einer Photovervielfacher-AbtasteinrichtUiViabgeleiteten Impulse beibehalten wird. Bei der Über-

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tragung von Analog-Signalen, wie sie durch Abtastung eines Faksimile-Schriftstückes erhalten werden, ist der größte Teil der Bandbreite eines eine begrenzte Bandbreite besitzenden Nachrichtenkanals für die Übertragung steiler Signalübergänge erforderlich, welche durch die scharf begrenzten Kanten auf dem Originalschriftstück hervorgerufen v/erden. Gemäß der Erfindung werden die hochfrequenten Anteile des Analog-Signals kodiert, und gleichzeitig werden die niederfrequenten Grauwertinformationen in dem kodierten Signal beibehalten. Dies führt dazu, daß sowohl die schärfen Kanten als auch die Grauwertinformation in dem Empfänger wieder gewinnbar sind, ohne daß damit eine Komplizierung des Senders oder des Empfängers verbunden ist.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine einen Sender c darstellende Anordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild eine einen Empfänger darstellenden Anordnung gemäß der Erfindung.

Zunächst sei das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild näher betrachtet. Gemäß Fig. 1 ist der Ausgang eines einen Faksimile-Schriftstückabtaster 10 darstellenden Photovervielfachers an einer Sendestelle an eine Öffnungs-Ausgleichschaltung 12 angeschlossen. Der Zv/eck dieser Maßnahme besteht darin, hochfrequente Anteile und Flanken anzuheben. Der Signalzug 1OA stellt dabei zwei aufeinanderfolgende Signale dar, die auf Grund der Abtastung eines Schriftstückes erzeugt worden sind. Die Signalfolge 1OA wird durch die üffnungskompensationsschaltung 12 in die Signalfolge 12A umgesetzt.

Das Ausgangssignal der üffnungskompensationsschaltung 12 wird einer Minimum- und I-iaximum-Pegelbegrenzerschaltung 14- zugeführt. Bei dieser Begrenzungsschaltung 14 handelt es sich um.eine an

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sich bekannte Schaltung, die sicherstellt, daß ihr Ausgangssignal -nicht einen bestimmten Wert überschreitet und nicht unter einen bestimmten Pegel 'sinkt. Auf diese' Weise gibt die Begrenzüngssehaltuhg 14- eine Signalfolge 14-A ab, die erkennen-läßt, daß durch die Schaltung 14- die in den größeren Signalbereichen der Signalfolge 12A vorhandenen "Signalspitzen" beseitigt sind. Das Ausgangssignal der Öffnungskompensationsschaltung 12* wird ferner einer Minimum-Schwellwerts chaltung 16 zugeführt/Diese Schwellwertschaltung 16 ist eine Schaltung, die zur Abgabe eines Äusgangssignals Eingangssignale erfordert, die einen Minimum-Schwellwert überschreiten. Anr Ausgang der Schwellwertschaltung 16 v/ird die Signalf olge 16A abgegeben.

Die Ausgangssignalfolge der Minimum- und Maximum-Pegelbegrenzerschaltung 14 wird direkt einen! Eingang einer zwei Eingänge besitzenden Flip-Flop-Schaltung 18 zugeführt. Ein ebenfalls an den Ausgang der Minimum- und Mäximum-PegelbBgrenzerschaltung 14- angeschlossener Inverter 20 ist mit seinem Ausgang an den anderen Eingang der Flip-Flop-Schaltung 18' angeschlossen. Am Ausgang des Inverters tritt die Signalfolge 2OA auf. Die Flip-Flop-Schaltung stellt ein elektronisches Äquivalent eines'einpoligen Umschalters dar; die betreffende Schaltung ist ah sich bekannt und ebenso alle übrigen Schaltungen in dem in Fig. 1 dargestellten Blockdiagramm. Die Flip-Flop-Schaltürig bzw. der*Flip-Flöp-Schalter kann ein Flip-Flop enthalten, dessen Ausgangssignal jeweils einen von zwei Verstärkern ansteuert und das durch i&ffi zugeführte Eingangssignale zwischen zwei stabilen Lagen umsteuerbar ist, In der einen stabilen Lage ist der eine Ausgang des Flip-Flops aktiviert, und in der anderen stabilen Lage ist der andere Flip-Flop-Ausgang aktiviert.

Das Ausgangssignal der Minimum-Schwellwertschaltung 16 wird ■einer Differenzierschaltung 22 zugeführt, die das ihr zugeführte Eingangssignal differenziert. Durch die Differenssierung

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der Signalfolge 16Δ wird die Signalfolge 22A erhalten. Das Ausgangs signal der·: Differenziers chaltung. 22 wird, einer .,.. Abkappschaltung 24 zugeführt, die verhindert, daß negative... Impulse in der Impulsfolge bzw. Signalfolge 22A weiter_;über- . ■■■ tragen werden. Demge'mäß^ wird v.on der Abkapp.schalturig ,die_:mit , .·. 24A bezeichnete Impulsfolge: abgegeben, deren Impulse ,mit der;.._:.. Vorderflanke der der Minimum-Schwellwertschaltung .16 jevjeils. zugeführten Signale zusammenfallen.. Die von der Abkapps_vchal-_;; ,·.. tung abgegebenen Ausgangsimpulse^ werden zur Steuerung der-,_. · ■ IFlip-Flop-Schaltung benutzt., , . ;; ·■"■- .■,-..-■; .. ; <..-^

Unter der Annahme,: daß der. KLip-Jlop.-Schalter in ,seinem _-- _;·α.: f Zustand belassen worden ist, wird das Ausgangssignalraer ■·?.'.-,... Inverterschaltung 20 abgegeben, und nicht; das Ausgangssignal :_r_.;; der Minimum- bzw. Maximum-Pegelbegrenzerschaltung 14. Mit Aufnahme des ersten Impulses der von der Abkapp schaltung 24,ab-.j_;a gegebenen. Impulse wird somit .der Flip-Flop-Schalter. .18,.in den-* jenigen Zustand umgeschaltet,, in dem er den, ersten der beiden*. Impulse. 1/t-A überträgt. Mit Aufnahme des zweiten. Impulses/.vom·: _K. Ausgang der Äbkappschaltung 24 ist der Ilip-Flop-Schalter in...-■

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denjenigen Zustand umgeschaltet, in .welchem ,er das Ausgangö-'--_-<-signal der Inverterschaltung- 20 überträgt. Damit. gib.t d_er -■... Flip-Flop-Schalter die mit 18A bezeichnete Signalfalge. bzw* - .-■ Impulsfolge ab. v. - .. . :. - .: "■: --,"-:· : ■ - :

Es sei bemerkt, daß es eigentlich nicht darauf ankommt, i&- ·' · welchem Zustand der Flip-Flopr-Schalter: zurückgelassenJwordenist. Die iunktion der-beschriebenen Anordnung besteht darin - -. sicherzustellen, daß die Polarität aufeinanderfolgender ^s.Impu-l-s;e invertiert ist. Es sei ferner; darauf hingewiesen·, daß di& durch die Amplitude des Impulssignals-übertragene niedierf reqiients :-■ ^ Information· bzw. Grauwert-Anälogwertrinformation in dem Anis- ' ' gangssignal erhalten ist. ; ^^: ;·.:.. --: :^v. :;, -- -.,-,--.

In dem Empfänger wird die Sigrialfolge 18A eimern-' wertdetektor 30, einem Inverter 32 und einem Flip-JTlop-Sehal

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ter 34 zugeführt. Der Inverter invertiert die Signalfolge 18A und gibt eine entsprechend invertierte Signalfolge 32A an seinem Ausgang ab. Der Null-Schwellwertdetektor gibt ein rechteckförmiges Ausgangssignal ab, das eine negative Amplitude annimmt, wenn das Eingangssignal negativ vdrd, und das zu Null wird, wenn das Eingangssignal der Schwellwertschaltung sich zu positiven Werten hin ändert. Am Ausgang der Schwellwertschaltung 30 tritt somit die Signalfolge bzw. das Signal 30A auf. Das Ausgangssignal des Hull-Schwellwertdetektors 30 wird einer Differenzierschaltung 36 zugeführt, die an ihrem Ausgang die Impulsfolge 36A abgibt, deren Impulse während der Vorderflanke und der Rückflanke des Signales 3OA auftreten.

Die Ausgangsimpulse der Differenzierschaltung 36 werden einer Inverterschaltung 38 und außerdem einer Abkappschaltung 40 zugeführt. Die Abkau?ρschaltung 40 läßt nur die positiven Impulse der Impulsfolge 36a zu einer Addierschaltung 42 hin gelangen. Die Inverterschaltung 38 invertiert die Impulse 36A und gibt die invertierten Ausgangsimpulse an eine Abkappschaltung 44 ab. Diese Abkappschaltung überträgt nur die positiven Impulse der ihr zugeführten Eingangsimpulse. Dadurch treten am Ausgang der Addierschaltung 42 zwei positive Impulse auf. Diese Impulse treten während der Vorderflanke und während der Rückflanke des Signales 3OA auf. Die beiden Impulse werden als Eingangsschaltimpulse dem Flip-Flop-Schalter 34 zugeführt.. Auf diese Weise kann der Flip-Flop-Schalter 34- cLen positiven Teil der Signalfolge 18A übertragen. Anschließend wird der Flip-Flop-Schalter 34 umgeschaltet, so daß er nunmehr den positiven Teil der Signalfolge 32A übertragen kann, d.h. den entsprechenden Teil des Ausgangssignales des Inverters 32. Demgemäß tritt am Ausgang des Flip-Flop-Schalters 34- die Signalfolge 34A auf, die weitgehend der Signalfolge 1OA entspricht, die von dem Faksimile-Schrift Stückabtaster 10 abge- _;,χ

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geben worden ist. Dieses Signal bzw. diese Signalfolge wird der Faksimile-Schreibeinrichtung 4-6 zugeführt, in der das abgetastete Signal wiedergegeben wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung dürfte hervorgegangen sein, daß ein modifiziertes Duobinär-Kodierungsverfahren angewandt worden ist, welches die für die Übertragung der hochfrequenten Anteile von Analogsignalen·erforderliche Bandbreite herabsetzt und bei dem die niederfrequente.Grauwert-Information durch die Amplitude der jeweils übertragenen Impulssignale erhalten bleibt.

Obwohl bei der vorstehenden speziellen Beschreibung der Erfindung eine Phaseninvertierung aufeinanderfolgender Impulse ein und derselben Polarität erfolgt ist, sei dies nicht als Beschränkung der Erfindung betrachtet. Es können nämlich auch andere Algorithmen benutzt werden, um zu bestimmen, welche der jeweils aufeinanderfolgenden Impulse in der Phase zu invertieren sind und welche nicht. Die Grundvoraussetzung für das System besteht darin, daß irgendein Algorithmus für die Festlegung einer Impuls-Phaseninvertierung benutzt werden kann, solange durch ein weniger als zwei Minimal-Impulsbreiten langes Null-Intervall getrennte Impulse einer Polarität in Bezug aufeinander invertiert werden.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die Erfindung auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt ist, sondern ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken noch in verschiedener V/eise modifiziert v/erden kann.

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Claims

Pat ent ansprüche

System zur Herabsetzung der für eine Übertragung von Analog-Impulssignalen, die insbesondere durch Abtastung eines Schriftstückes in einer Faksimileeinrichtung gewonnen werden und dabei in ihrer Dauer der Länge einer Markierung auf dem Schriftstück und in ihrer Amplitude • dem Graupegel der jeweiligen Markierung entsprechen, erforderlichen Übertragungsbandbreite, dadurch gekennzeichnet, daß Umsetzeinrichtungen (14-,20,18) vorgesehen sind, die aufeinanderfolgende, mit einer einzigen Polarität auftretende Analog-Impulssignale (12A) vorzugsweise unter Beibehaltung ihrer jeweiligen Amplitude in eine Ausgangssignalfolge (18A) umsetzen, in welcher aufeinanderfolgende Impulse bzw. Signale in ihrer Polarität invertiert sind, und daß Auswerteeinrichtungen (32,34) vorgesehen sind, die die so erhaltene Ausgangssignalfolge (18A) auswerten.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetζeinrichtungen einen einpoligen Umschalter (18) mit zwei Eingängen und einem gemeinsamen Ausgang enthalten, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die den Ausgang des Umschalters (18) auf Eingangsimpulse (22A) hin nacheinander mit dem einen und dem anderen der beiden Eingänge verbinden, daß Einrichtungen (14-) vorgesehen sind, die die Analog-Impulssignale (12A) direkt an einen der beiden Eingänge abgeben, daß Invertiereinrichtungen (20) vorgesehen sind, die eingangsseitig die Analog-Impulssignale aufnehmen und ausgangsseitig mit dem

sind anderen Eingang des Umschalters (18) verbandeir, und daß Einrichtungen (22) vorgesehen sind, die auf die Vorderflanke jedes Analog-Impulssignales (12A bzw. 16A) hin

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einen Impuls (22A) an den Umschalter (18) abgeben, dessen Ausgang daraufhin von dem einen Eingang auf den anderen Eingang umschaltet.

System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtungen (32,34) zur Auswertung der aufeinanderfolgend mit entgegengesetzter Polarität auftretenden Impulse bzw. Signale der Ausgangssignalfolge (18A) eine zwei Eingänge und einen einzigen Ausgang besitzende Schalteinrichtung (3^) enthalten, deren Ausgang mit Auftreten der Impulse bzw. Signale (18A) jeweils abwechselnd mit dem einen und dem anderen Eingang verbunden ist, daß einer der beiden Eingänge die betreffenden Impulse bzw. Signale (18A) direkt und der andere Eingang über einen Inverter (32) aufnimmt, daß Einrichtungen (30,36) vorgesehen sind, die mit Auftreten der Vorder- und der Rückflanke jedes auf einen ersten Impuls bzw. auf ein erstes Signal der Ausgangs.-signalfolge (18A) folgenden weiteren Impulses bzw. Signales einen Impuls (36A) abgeben, und daß Einrichtungen (30,36,38,40,44,42) vorgesehen sind, die mit Hilfe der so erzeugten Impulse (36A) die Schalteinrichtung (34) derart steuern, daß deren Ausgang abwechselnd zwischen beiden Eingängen hin- und herschaltet und ein durch eine Analog-»Impulsfolge mit Impulsen ein und derselben Polarität gebildetes Ausgangssignal (3^A) abgibt.

4. System nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß die die Schalteinrichtung (34) steuernden Einrichtungen (30,36,38,40,44,42) eine Null-Schwellwerteinrichtung (30) enthalten, die die Signale bzw. Impulse der Ausgangssignalfolge (18A) aufnimmt und die ein Ausgangssignal (30A) nur mit Auftreten jedes weiteren auf einen ersten

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Ausgangsimpuls folgenden Impulses abgibt, daß Einrichtungen (36) zur. Differenzierung des ,Ausgangssignales (JOA) der Null-Schwellwerteinrichtung (JO) vorgesehen sind, daß eine erste Begrenzerschaltung (40) vorgesehen ist, die von den Ausgangsimpulsen (36A) der Differenziereinrichtung (36) lediglich die eine einzige Polarität besitzenden Impulse durchläßt, daß eine Inverterschaltung (38) vorgesehen ist, die die Ausgangsimpulse der Differenziereinrichtung (36) invertiert und an eine zweite Begrenzerschaltung (44)- abgibt, und daß eine Addierschaltung (42) vorgesehen ist, deren Eingänge an die Ausgänge der beiden Begrenzerschaltungen (40,44) angeschlossen sind und die entsprechend der Vorder- und der Rückflanke des Ausgangssignals (30A) der Null-Schwellwerteinrichtung (30) Impulse an die Schalteinrichtung (34) zu deren Steuerung abgibt.

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