DE1955710B2 - Verfahren zur uebertragung mindestens eines tonsignals innerhalb des frequenzspektrums eines videosignals - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Übertragung mindestens eines Tonsignals innerhalb des Frequenzspektrums eines Videosignals.

Bei der normalen Ton-Bild-Übertragung von Fernsehsignalen, wie sie heute allgemein angewendet wird, erfolgt die Übertragung des Tonsignals außerhalb des Frequenzspektrums des Videosignals.
Es ist aber auch bereits ein Verfahren zur Übertragung eines Tonsignals innerhalb des Frequenzspektrums eines Videosignals bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Rückflanke der Zeilensynchronisierimpulse mit dem Tonsignal moduliert, so daß die Impulsbreite der Zeilenimpulse die Tonmodulation trägt. Dieses Verfahren hat jedoch einige sehr erhebliche Nachteile, so daß es bisher praktisch noch nicht zur Anwendung kam. Der erste Nachteil liegt dann, daß Λε Impulsbreitenmodulation der Zeilenimpulse bei Empfang von Reflexionen die Zeilensynchro-

nisation in störender Weise beeinflußt. Der andere wesentliche Nachteil besteht darin, daß infolge des Abtasttheorems nur eine maximale Tonfrequenz von ca. 7 kHz übertragen werden kann, da nach dem Abtasttheorem bekanntlich die Bandbreite immer kleiner als der halbe Wert der Taktfrequenz ist. Darüber hinaus 'bietet dieses Verfahren nur die Möglichkeit, ein einziges Tonsignal innerhalb des Frequenzspektrums des Videosignals zu übertragen.
Gemäß einem Verfahren des älteren Patents DT-PS 19 18 488 wird das zu übertragende Begleittonsignal im Takt der Horizontal-Synchronimpulse pulsmoduliert

und am empfangsseitigen Ende der Übertragungsstrekke wieder demoduliert.

Wie schon beim Gegenstand des älteren Patents DT-PS 19 18 488 oder im Fall der DT-AS 10 04 230 wird das zusätzliche Begleittonsignal auch in sonstigen, bisher bekannten Anordnungen und Verfahren codiert übertragen, so daß auf der Sendeseite und der Empfangsseite mehr oder weniger aufwendige Coder und Decoder vorgesehen werden müssen.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens nach der DT-AS 10 04 230 besteht darin, daß bei der Benutzung der Zeilenaustastlücken zwei bis maximal vier zusätzliche Kanäle zur Verfügung stehen. Außerdem wäre das Problem des Übersprechens bei diesem Verfahren sehr viel größer, wenn man Analogwerte benutzen wollte.

Gleiches trifft auch bei den Verfahren z. B. nach der DT-AS 12 44 842 zu, bei denen als zusätzliches Signal kein Begleitton, sondern andere, z. B. Fernschreibsignale, übertragen werden, die in keinem inhaltlichen Zusammenhang mit dem Videosignal stehen und bei denen daher das Problem der Zuordnung zu bestimmten Bildperioden vollständig entfällt.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Nachteile der bekannten Verfahren vollständig zu vermeiden und ein übertragungsverfahren zu schaffen, bei dem das Tonsignal ein genügend breites Frequenzband hat, so

daß eine gute Tonqualität gewährleistet ist

Bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht, daß sendeseitig das einer Halbbildperiode des Bildsignals zugehörige Tonsignal während dieser Halbbildperiode mit einer dem Abtasttheorem entsprechenden Frequenz abgetastet wird, daß die Abtastwertc in einer Speichereinrichtung gespeichert werden und nach Ablauf dieser Halbbildperiode während des Zeilenhinlaufes einer der freien Zeilen des dieser Halbbildperiode nachfolgenden »o Bildrücklaufes mit erhöhter Geschwindigkeit aus der Speichereinrichtung ausgelesen und übertragen werden, daß die Abtastwerte dieser Zeile im Empfänger in einer Speichereinrichtung gespeichert werden und innerhalb der Periode dps nachfolgenden Halbbildes an den Tonteil des Empfängers abgegeben werden.

Nach einem weiteren Merkmal wird es als vorteilhaft erachtet, daß senderseitig jedes der derselben Halbbildperiode zugehörigen Tonsignale während dieser Halbbildperiode in je einer Speichereinrichtung gespeichert wird und der inhalt dieser Speichereinrichtungen während des Hinlaufs je einer freien Zeile für den dieser Halbbilaperiode nachfolgenden Bildrücklaufs übertragen wird und im Empfänger mit einem an sich bekannten Zeilenwahlschalter die dem gewünschten Tonsignal zugehörige Zeile dem Videosignal entnommen und einer einzigen Speichereinrichtung zugeführt wird, die das gespeicherte Tonsignal innerhalb der Periode des nachfolgenden Halbbildes an den Tonteil des Empfängers abgibt.

In vorteilhafter Weise wird dabei als Speichereinrichtung eine an sich bekannte Eimerkettenschaltung verwendet. Dabei ist es besonders zweckmäßig, daß bei senderseitiger Verwendung der Eimerkettenschaltung die Aufnahme des Tonsignals bzw. bei empfängerseitiger Verwendung der Eimerkettenschaltung die Entnahme des Tonsignals mit einer aus der Zeilenfrequenz hergeleiteten Taktfrequenz, vorzugsweise einer der doppelten Zeilenfrequenz entsprechenden Taktfrequenz, erfolgt.

Weiterhin kann es insbesondere senderseitig als vorteilhaft erachtet werden, daß als Speichereinrichtung ein an sich bekanntes Magnetband eines Videomagnetbandgerätes verwendet wird. Dabei wird es als zweckmäßig erachtet, daß senderseitig die Tonspur des Magnetbandes innerhalb der Halbbildperiode mit einem Aufnahmekopf aufgezeichnet wird und 7. B. mit einem schnell rotierenden Wiedergabekopf innerhalb der betreffenden Zeilenperiode abgenommen wird.

Bei Übertragung von Stereosignalen wird vorgesehen, daß einer der freien Zeilen des Bildrücklaufs das Summensignal (R+L) und einer anderen freien Zeile des Bildrücklaufs das Differenzsignal (R- L) des aus den beiden Kanälen R und L bestehenden Stereotonsignals zugeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat nicht nur den Vorteil, daß eine besonders gute Tonqualität erreicht wird, sondern darüber hinaus den sehr wesentlichen Vorteil, daß zu ein und demselben Videosignal mehrere Tonsignale, z. B. in mehreren verschiedenen Sprachen bzw. zwei Kanäle eines Stereosignals, übertragen werden können. Empfängerseitig kann aus der Vielzahl der mehrsprachigen Tonsignale das gewünschte Tonsignal mit Hilfe eines Wahlschalters ausgewählt werden. Auch von der wirtschaftlichen Seite her ist das erfindungsgemäße Verfahren zweckmäßig, da eine Ton-ZF-Verstärkung vollständig überflüssig ist.

Darüber hinaus bietet das Verfahren die Möglichkeit, in einer oder mehreren Zeilen Fernschreibsignale oder Signale für eine Faksimilewiedergabe zu übertragen.

Anhand der Ausführungsbeispiele der Zeichnungen seien im folgenden die Erfindung und weitere ihrer Merkmale und Vorteile näher erläutert

In F i g. 1 entspricht das unschraffierte Feld dem Bild des Videosignals bei Anwendung der CCIR-Norm. Der Hinlauf der Zeilen beträgt 52 μ5, der Zeilenrücklauf 12 μβ. Die Gesamtzeilenperiode hat somit eine Dauer von 64 \is. Das mit 1 bezeichnete schraffierte Feld entspricht der Rücklaufzeit der Zeilen. Die Dauer eines Halbbildes beim Zeilensprungverfahren beträgt bei CCIR-Norm 20 ms. Das mit 2 bezeichnete schraffierte Feld entspricht aer Dauer des Bildrücklaufs des Halbbildes. Zu Beginn des Bildrücklaufs werden sogenannte Vortrabanten, der Bildsynchronisierimpuls und Nachtrabanten gesendet, die insgesamt acht Zeilen belegen. Die restlichen Zeilen des Bildrücklaufs sind frei. Von dieser, restlichen acht Zeilen werden zusätzlich zwei Zeilen für Testsignale (sogenannte Prüfzeilen) reserviert. Alle übrigen Zeilen sind frei und stehen somit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verfügung. Eine Ausnahme bilden Farbfernsehsignale nach dem SECAM-System, bei dem ein Teil dieser freien Zeilen für das sogenannte Identifikationssignal belegt ist. Aber auch hier können die restlichen Zeilen für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.

Bei Schwarz-Weiß- und PAL-Farbsignalen hat die sogenannte Vertikalaustastlücke 18 bis 22 Zeilen, während bei der Übertragung von SECAM-Signalen die Vertikalaustastlücke 22 bis 24 Zeilen beträgt. In beiden Fällen werden zur Übertragung der Bildsynchronisierimpulse einschließlich der zugehörigen Vor- und Nachtrabanten acht Zeilen benötigt. Darüber hinaus sind bei dem SECAM-Verfahren neun Zeilen für die Übertragung der Identifikationssignale reserviert. In beiden Fällen werden zusätzlich zwei Prüfzeilen benötigt. Alle Zahlen beziehen sich auf ein Halbbild, so daß bei Schwarz-Weiß- und PAL-Fernsehübertragung maximal 12 und bei SECAM-Übertragung maximal sieben freie Zeilen zur erfindungsgemäßen Tonsignalübertragung zur Verfügung stehen, so daß also zwölf bis sieben parallele Tonkanäle Anwendung finden können.

F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer senderseitigen Anordnung zur Übertragung von zwei Tonsignalen. An den Klemmen 3 und 4 werden die beiden Tonsignale (z. B. deutschsprachiger und englischsprachiger Text) zugeführt. Der Klemme 5 wird das zugehörige Videosignal zugeführt. 6 und 7 sind Speichereinrichtungen, die z. B. nach dem an sich bekannten Eimerkettenschaltungsprinzip arbeiten. Von den Schaltern 9 und 10 wird Speichern 6 und 7 die jeweilige Taktfrequenz zugeführt mit der das Signal von Speicher zu Speicher weitergegeben wird. Während einer Halbbildperiode, ausgenommen der dem jeweiligen Tonsignal zugeordneten Zeile, ist der Schalter 9 mit dem Kontakt c und der Schalter 10 mit dem Kontakt a verbunden. Der Klemme 11 wird ein Taktsignal von niedriger Frequenz, vorzugsweise doppelter Zeilenfrequenz, zugeführt. Ist die entsprechende Zeile erreicht, in der das betreffende Tonsignal übertragen werden soll, so wird der Schalter 9 auf den Kontakt d bzw. der Schalter 10 auf den Kontakt b umgeschaltet. Nach Ablauf dieser Zeile wird der jeweilige Schalter wieder zurückgeschaltet. Der Klemme 12 wird ein hochfrequentes Taktsignal zugeführt, dessen Frequenz einen solchen Wert hat, daß das gesamte in dem jeweiligen Speicher gespeicherte Tonsignal vollständig innerhalb

des Hinlaufs der Zeilenperiode entnommen wird. Der Schalter 8 ist während der gesamten Halbbildperiode, ausgenommen den für die Übertragung der Tonsignale vorgesehenen Zeilen, mit dem Kontakt e verbunden. Wenn der Schalter 9 mit dem Kontakt d verbunden ist, ist der Schalter 8 mit dem Kontakt g verbunden. Wenn der Schalter 10 mit dem Kontakt b verbunden ist, ist der Schalter 8 mit dem Kontakt /verbunden. Vom Schalter 8 wird das Gesamtsignal der Klemme 13 zugeführt, von der schließlich das Videosignal und die beiden Tonsignale als Modulationssignal dem Fernsehsender zugeführt werden. Die Umschaltung der Schalter 8, 9 und 10 erfolgt mit an sich bekannten elektronischen Steuerschaltungen, z. B. mittels vorprogrammierter Zähler.

In F1 g. 3 wird eine empfangenreitige Anordnung zum Empfang des Bild- und eines der Tonsignale wiedergegeben. Darin ist 14 die Klemme, der das kombinierte Bild-Ton-Signal zugeführt wird. Dieses Signal wird in dem Videoverstärker 15 verstärkt und der Bildröhre 16 zugeführt. Da die Tonsignale während des Bildrücklaufs gesendet werden, ist eine Sperrung der Tonsignale vor oder nach dem Videoverstärker nicht erforderlich, da sie immer unsichtbar bleiben werden, wenn eine ausreichend große, an sich bekannte Rücklaufaustastung der Bildröhre zur Anwendung kommt. 25 ist ein Schalter, der nur während der Zeile geschlossen ist, die dem Tonsignal zugeordnet ist. welches der Benutzer des Empfängers empfangen will. 17 ist die empfängerseitige Speicherschaltung (auch hier z. B. eine Eimerkettenschaltung). 23 ist ein nachgeschalteter Niederfrequenzverstärker, 24 ist ein Lautsprecher. Vom Schalter 18 werden dem Speicher 17 die Taktimpulse zugeführt. Den Klemmen 11 und 12 werden Taktimpulse der gleichen bzw. nahezu der gleichen Frequenz wie den entsprechenden Kontakten auf der Senderseite (F i g. 2) zugeführt. Der Schalter 18 arbeitet synchron mit dem Schalter 25. Wenn der Schalter 25 geschlossen ist, ist der Schalter 18 mit dem Kontakt h verbunden. Wenn der Schalter 25 geöffnet ist, ist der Schalter 18 mit dem Kontakt a verbunden. Beide Schalter werden mit einer Steuerschaltung betrieben, die z. B. aus einem Zähler 19 besteht. Dieser Zähler 19 wird von der Klemme 20 mit Bildimpulsen bzw. mit Bildsynchronisierimpulsen und von der Klemme 21 mit Zeilensynchronisierimpulsen bzw. mit Zeilenrücklaufimpulsen gespeist. Mit den Bildsynchronisier- bzw. -rücklaufimpulsen wird der Zähler auf seine Ausgangsstellung gestellt, während die Zeilenimpulse seine Weiterschaltung (Zählung) bewirken. Mit an sich bekannten Logikkombinationen wird dafür gesorgt, daß an den Klemmen cbis /jeweils nur während einer Zeilendauer eine Ausgangsimpulsspannung steht wobei z. B. die Klemme c während der ersten ein Tonsignal übertragenden Zeile und die Klemme / während der letzten ein Tonsignal übertragenden Zeile ein Impulssignal liefert Mit dem Zeilenwahlschaltei 22 kann der Gerätebesitzer die jeweils gewünschte Zeile anwählen. Vom Schalter 22 geht über die in Fig.3 gestrichelt dargestellte Steuerverbindung das Steuersignal zu den elektronischen Schaltern 25 und 18.

Hat das Videosignal eine Bandbreite von 0 bis 5 MHz, so können bei gleicher Bandbreite der zeitkomprimierten Tonsignale 260 Perioden in einer Zeilenhinlaufzeit von 52 μβ übertragen werden. Diese 260 Perioden werden in 20 ms wieder abgegeben; das entspricht einer maximalen Tonfrequenz von 13 kHz. Werden bei diesem Fernsehsystem grundsätzlich nur im Spektralbereich des Videosignals Tonsignale übertragen, so kann man auf den heute üblichen Tonsender vollständig verzichten und das Videosignal auf 5,5 bzw. 6 MHz Bandbreite ausdehnen. In Ländern mit 6,5 MHz Abstand zwischen Bildträger und Tonträger (z. B. England) kann man sogar bis 6^ bzw. 7 rvJHz Bandbreite das Videosignal ausdehnen. Diese Ausdehnung ist nicht nur vorteilhaft bezüglich der Verbesserung der Auflösung und Schärfe des Bildes, sondern darüber hinaus dehnt sich die Bandbreite des übertragbaren Tonsignals von 13 kHz auf 14,3 kHz bei 5,5 MHz Videobandbreite und 15,6 kH7 bei 6 MHz Videobandbreite aus.

Sollen Stereosignale übertragen werden, so ist es besonders vorteilhaft, während einer Zeile das Summensignal und während einer anderen Zeile das Differenzsignal zu übertragen, so daß Empfänger mit nur einer einzigen Speichereinrichtung und nur einem einzigen Niederfrequenzteil das Summensignal als Monosignal empfangen können. Soll empfängerseitig das vollständige Stereosignal wiedergegeben werden, so müssen zwei Speichereinrichtungen vorgesehen werden, die den jeweiligen beiden Zeilen zugeordnet sind. Am Ausgang der beiden Speichereinrichtungen muß eine Addition und eine Subtraktion beider Signalspannungen durchgeführt werden, wobei die Subtraktionsspannung dem einen und die "idditionsspannung dem anderen Niederfrequenzkanal zugeführt werden.

Unabhängig davon, ob Mono- oder Stereosignale übertragen werden, ist es grundsätzlich vorteilhaft, senderseitig die Dynamik dieses Signals zu komprimieren und empfängerseitig im gegenläufigen Sinne zu dehnen. Entweder wird der Umfang der Dehnung in einer Norm festgelegt oder man überträgt zusätzlich ein Steuersignal zur Steuerung der empfängerseitigen Dynamikdehnung, die abgestimmt ist auf die senderseitige Dynamikkompression. Auch dieses Steuersignal könnte in einem weiteren freien Zeilenkanal übertragen werden, wobei wegen der geringen Bandbreite, die dazu erforderlich wäre, nur ein Speicher mit relativ wenigen Speicherzellen erforderlich wäre. Andererseits ist es aber auch möglich, dieses Steuersignal in einem Frequenzbereich unterhalb des Tonsignalspektrums zu übertragen.

Wenn die vollständige Dauer des Zeilenhinlaufs — also bei CCIR-Norm die Dauer von 52 μ5 — für die Übertragung des Tonsignals ausgenutzt werden soll, ergibt sich bei Anwendung einer niedrigen Taktfrequenz von 31,25 kHz gleich der doppelten Zeilenfrequenz eine hohe Taktfrequenz (die der Klemme 12 der F i g. 2 bzw. 3 zugeführt wird) von 12,01 MHz. In diesem Fall muß ein separater Ortsoszillator im Empfänger angewendet werden. Dieser Ortsoszillator kann bei Farbfernsehempfängern mit einem Farbhilfsträgeroszillator — z. B. bei Farbfernsehempfängern nach der NTSC- oder PAL-Norm — eingespart werden. Bei PAL-Norm beträgt die Farbhilfsträgerfrequenz 4,4...MHz; durch Verdreifachung erhält man 13.2...MHz. Wird diese Frequenz als hochfrequente Taktfrequenz verwendet, so reduziert sich die Zeit der betreffenden Zeile, während der das Tonsignal bzw. Fernschreib- oder Faksimile-Signal übertragen wird, von 52 us auf 47,3 μ$.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung mindestens eines Tonsignals innerhalb des Frequenzspektrums eines Videosignals, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig das einer Halbperiode des Bildsignals zugehörige Tonsignal während dieser Halbbildperiode mit einer dem Abtasttheorem entsprechenden Frequenz abgetastet wird, daß die Abtastwerte in einer Speichereinrichtung gespeichert werden und nach Ablauf dieser Halbbildperiode während des Zeilenhinlaufes einer der freien Zeilen des dieser Halbperiode nachfolgenden Bildrücklaufes mit erhöhter Geschwindigkeit aus der Speichereinrichtung ausgelesen und übertragen werden, daß die Abtastwerte dieser Zeile im Empfänger in einer Speichereinrichtung gespeichert werden und innerhalb der Periode des nachfolgenden Halbbildes an den Tonteil des Empfängers abgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig jedes der derselben Halbbildperiode zugehörigen Tonsignale während dieser Halbbildperiode in je einer Speichereinrichtung gespeichert wird und der Inhalt dieser Speichereinrichtungen während des Hinlaufs je einer freien Zeile des dieser Halbperiode nachfolgenden Bildrücklaufs übertragen wird und im Empfänger mit einem an sich bekannten Zeilenwahlschalter die dem gewünschten Tonsignal zugehörige Zeile dem Videosignal entnommen und einer einzigen Speichereinrichtung zugeführt wird, die das gespeicherte Tonsignal innerhalb der Periode des nachfolgenden Halbbildes art den Tonteil des Empfängers abgibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichereinrichtung eine an sich bekannte Eimerkettenschaltung verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadutvh gekennzeichnet, daß bei senderseitiger Verwendung der Eimerkettenschaltung die Aufnahme des Tonsignals bzw. bei empfängerseitiger Verwendung der Eimerkettenschaltung die Entnahme des Tonsignals mit einer aus der Zeilenfrequenz hergeleiteten Taktfrequenz, vorzugsweise einer der doppelten Zeilenfrequenz entsprechenden Taktfrequenz erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichereinrichtung ein an sich bekanntes Magnetband eines Videomagnetbandgerätes verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß senderseitig die Tonspur des Magnetbandes innerhalb der Halbbildperiode mit einem Aufnahmekopf aufgezeichnet wird und z. B. mit einem schnellrotierenden Wiedergabekopf innerhalb der betreffenden Zeilenperiode abgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Übertragung eines Stereosignals einer der freien Zeilen des Bildrücklaufs das Summensignal (R + L) und einer anderen freien Zeile des Bildrücklaufs das Differenzsignal (R -L) des aus den beiden Kanälen R und L bestehenden Stereotonsignals zugeordnet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei senderseitiger Verwendung der Eimerkettenschaltung die Entnahme des Tonsignab bzw. bei empfängerseitiger Verwendung der Eimerkettenschaltung die Aufnahme des Tonsignals mit einer aus der Farbhilfsträgerfrequenz hergeleiteten Taktfrequenz, z. B. bei PAL-Sigiialen mit einer der dreifachen Farbhilfsträgerfrequenz entsprechenden Taktfrequenz, erfolgt.