DE19733761C2 - Vorrichtung zum Übertragen farbiger Video-Standbilder über einen Signalkanal geringer Bandbreite - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen farbiger Standbilder mit einem komplexen Farbbildsignal einer beliebigen Farbfernsehnorm über einen Signalkanal, der im Verhältnis zum Farbbildsignal eine geringere Bandbreite hat. Zum Übertragen kann insbesondere jeder allgemein verfügbare Fernsprechkanal eines Telekommunikationsnetzes benutzt werden, wobei der Kanal vorzugsweise parallel dazu, zumindest während in eine Richtung ein Bild übertragen wird, in beiden Richtungen zum Telefonieren nutzbar ist. Auf der Sendeseite dient beispielsweise eine Videokamera als Bildsignalquelle, während am anderen Ende ein herkömmlicher Fernsehempfänger zur Bildwiedergabe benutzt wird. Um ein Videosignal, das eine Videokamera beim Aufnehmen als komplexes Farbbildsignal, z. B. als FBAS-Signal nach dem PAL-Verfahren bereitstellt, mit guter Farbqualität und Bildauflösung zu einem Fernsehgerät zu übertragen, wird üblicherweise ein Videofrequenzband von 5 MHz benötigt. Bei allen gebräuch­ lichen Übertragungsnormen, wie beispielsweise den Normen PAL, SECAM und NTSC, sind in diesem Frequenzbereich sowohl das Leuchtdichtesignal als auch das geträgerte Farbartsignal enthalten. Darüber hinaus wird üblicherweise dem Farbbildsignal im allgemeinen mindestens ein Audiosignal überlagert und zur Wiedergabeseite ein komplexes Audio/Videosignal übertragen. Bei der vorlie­ gende Erfindung wird jedoch nur das zu übertragene Farbbildsignal (FBAS) ohne überlagerte Audiosignale aufbereitet. Letzteres wird bei der Aufbereitung gesondert hinzugefügt. Dabei tritt der besonderer Vorteil auf, von den Fernseh- und Fernsprech-Übertragungsnormen unabhängig zu sein.

Eine erste bekannte Möglichkeit zum Übertragen von Videobildern über einen Kanal mit geringer Bandbreite besteht darin, ein herkömmliches, breitbandiges und analoges Farbbildsignal (FBAS) in ein digitales umzuwandeln und zeitlich zu dehnen. Dazu wird aus dem Farbbildsignal der Signalabschnitt eines einzelnen Videovollbildes oder gar nur eines Halbbildes ausgewählt. Der ausgewählte Signalabschnitt wird mit Hilfe einer Abtastschaltung entsprechend der gewünschten Auflösung in eine Sequenz diskreter Bildpunkte zerlegt, von denen ein Digital/Analogwandler pro Bildpunkt einen Binärwert bildet. Das resultierende digitale Farbbildsignal stellt eine Sequenz von den Binärwerten aller Bildpunkte des ausgewählten Bildes dar, welche in einem elektronischen Speicher, beispielsweise einem feldprogrammier­ baren RAM-Schaltkreis, gepuffert und anschließend mit beliebiger, insbesondere mit wesent­ lich geringerer Taktgeschwindigkeit, gelesen und übertragen werden. Dieses hat zwar den Nachteil, daß nur Standbilder übertragbar sind. Dieses ist jedoch bei geringem technischen Aufwand in guter Farbqualität und hoher Bildauflösung möglich.

Dieses Verfahren ist prinzipiell unter anderem aus der deutschen Auslegeschrift DE-AS 22 14 277 bekannt. Diese offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Übertragen eines einzelnen Fern­ sehbildes über einen schmalbandigen Übertragungskanal, wie einem Telefonkanal, bei dem das Videosignal des einzelnen Fernsehbildes sendeseitig in einen ersten Speicher gespeichert wird. Mittels einer Abfrageeinrichtung wird das Videosignal in Form von separaten Bild­ punkten mit einer Abfragefrequenz, die der Bandbreite des Übertragungskanals angepaßt ist, ausgelesen und zeitlich gedehnt auf dem schmalbandigen Übertragungskanal übertragen. Empfängerseitig wird das gedehnte Videosignal in einem Zwischenspeicher von begrenzter Kapazität gehalten und so schnell herausgelesen, daß ein dem ursprünglichen Videosignal entsprechendes Signal in einem zweiten empfängerseitigen Speicher gespeichert wird. Eine Übertragung des Videosignals gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 ist aus den bekannten Lösungen weder entnehmbar, noch wird sie durch diese nahegelegt.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE-A1-42 23 473 zeigt ein Einzelbildvideogerät, mit dem ein Bildsignal auf einem Aufzeichnungsträger, wie z. B. einer Magnetplatte aufgezeichnet wird. Ein Bildsignal mit hoher Bildqualität wird trotz begrenzter Bandbreite dadurch erzielt, daß eine Teilungsvorrichtung das Bildsignal eines Vollbildes in mehrere Teile teilt. Die Auf­ zeichnungsvorrichtung zeichnet die einzelnen Teile der Bildsignale auf, während sie zeitlich gedehnt werden.

Auch bei dieser bekannten Lösung ist eine Übertragung des Videosignals gemäß dem kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 weder entnehmbar, noch wird sie durch diesen nahegelegt.

Eine zweite Möglichkeit ist unter der Gattung "Bildtelefon" bekannt und gestattet im Echt­ zeitbetrieb, also ohne Zeitverzögerung, das Übertragen von bewegten Bildern mit Mitteln zur Datenreduktion und Datenkomprimierung. Dabei wird ein Bild übertragen, das gegenüber einem üblichen Fernsehbild sowohl eine wesentlich geringere Zahl an Bildzeilen als auch eine geringere Bildauflösung besitzt. Andererseits sind aufwendige Mittel zur Datenreduktion be­ nötigt. Diese führt dazu, daß trotz eines hohen technischen Aufwandes nur eine gegenüber dem Fernsehbild stark eingeschränkte Bildqualität erreichbar ist oder daß das Kommunikati­ onsnetz besondere Bedingungen erfüllen muß, wie beispielsweise das Verwenden von Breit­ band-ISDN-Kanälen oder der Parallelbetrieb von ISDN-Fernsprechkanälen. Auf diese Weise haben die bisher bekannten Systeme bisher kaum Verbreitung gefunden und sind in der An­ schaffung sehr teuer.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung eine einfache Möglichkeit zum Übertragen von Stand­ bildern über einen Signalkanal, der im Verhältnis zum Farbbildsignal eine vielfach geringere Bandbreite hat, aufzuzeigen. Dabei soll insbesondere jeder beliebige Fernsprechkanal eines allgemein verfügbaren analogen oder digitalen Fernsprechnetzes und jede beliebige Fern­ sehnorm genutzt werden. Außerdem wird die vom Fernsehen bekannte Bildqualität gefordert und der Signalkanal soll vorzugsweise beidseitig zum Fernsprechen nutzbar sein. Die Bild­ aufnahme soll vorzugsweise mit einer handelsüblichen Videokamera und mindestens die Bildwiedergabe mit einem handelsüblichen Fernsehgerät erfolgen.

Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung von der eingangs beschriebenen Möglichkeit aus, das Bildsignal einzelner ausgewählter Videobilder zeitlich zu dehnen. Als Eingangssignal dient ein komplexes Farbbildsignal, welches als eine Folge von in Binärwerte umgewandelten Bildpunkten vorliegt und für ein einzelnes Voll- oder Halbbild den Signalrahmen bildet. Zum zeitlichen Dehnen des Farbbildsignals werden die Binärwerte synchron mit ihrem Erscheinen im Signalrahmen in einen Schreib-Leses-Speicher geschrieben und anschließend mit einem an die Bandbreite des Signalkanals angepaßten niedrigeren Lesegeschwindigkeit, die von der Höhe der Binärwerte abhängt, gelesen.

Entsprechend der Erfindung werden die Binärwerte vor dem Übertragen in ein analoges Signalelement gewandelt, welches alternierend eine Pulslänge oder eine Pulspause darstellt. Die aufeinander folgenden Signalelemente bilden eine Rechteckwelle. Jedes Signalelemente enthält mindestens zwei Zeitabschnitte. Einen vom Binärwert abhängigen Zeitabschnitt, dessen Dauer dem Binärwert entspricht, und einen in der Dauer konstanten Zeitabschnitt, der gewährleistet, daß bei einem Binärwert von Null das analoge Signalelement mindestens die Dauer einer halben Wellenlänge der oberen Grenzfrequenz des Signalkanals aufweist. So daß selbst bei aufeinanderfolgenden Signalelementen mit dem Wert Null, beispielsweise beim Übertragen des Synchronbodens im Austast- und Synchronsignal, die Grundfrequenz der Rechteckwelle unterhalb der Grenzfrequenz des Signalkanals bleibt.

Da bei der beschriebenen Folge von Signalelementen der Binärwert die Gesamtdauer jedes analogen Signalelementes bestimmt, hängt die Übertra­ gungsdauer eines Bildrahmens jeweils vom aktuellen Bildinhalt ab. Das Auslesen der Binärwerte aus dem Schreib-Lese-Speicher erfolgt also nicht in Abhängigkeit von einer Taktfrequenz sondern in Zeitabständen, die jeweils durch den aktuellen Binärwert bestimmt werden.

Das komplexe Videosignal wird auf bekanntem Wege durch Abtasten und Analog/Digitalwandlung eines herkömmlich analogen Farb-, Bild-, Austast- und Synchronsignal (FBAS) erzeugt. Alternativ dazu, kann jedoch auch ein digitales Farbbildsignal als Ausgangsbasis dienen, welches sowohl den Luminanzwert als auch den Chrominanzwert jedes Bildpunktes mit einem einzigen Binärwert darstellt.

Da in den Schreib-Lese-Speicher Binärwerte von einem komplexen Farbbild­ signal geschrieben werden, ist unabhängig von der Fernsehnorm jedes Videosignal mit beliebiger Geschwindigkeit übertragbar, ohne daß Verluste bei der Bildauflösung und Farbqualität auftreten.

Über einen Fernsprechkanal mit einer Bandbreite von etwa 3 kHz kann mit geringem technischen Aufwand ein einzelnes Videobild in der vom Fernsehen bekannten Bildauflösung und Farbqualität mit allen Austast- und Synchron­ zeichen übertragen werden, so daß auf der Empfangsseite die Wiedergabe mit einem konventionellen Farbfernsehgerät möglich ist.

Die analogen Signalelemente erzeugt ein auf Startwerte einstellbarer Bildwertzähler im Zusammenwirken mit einer Schaltung zur Startverzögerung und einer bistabilen Schaltung. Jeder Binärwert setzt den Bildwertzähler auf einen entsprechenden Startwert. Danach hält zunächst die Schaltung zur Startverzögerung den Bildwertzähler für die Dauer des konstanten Zeitabschnitts inaktiv. Anschließend schaltet eine Taktfrequenz den Bildwertzähler in gleichen Zeitabständen in Richtung eines Endwertes weiter. Beim Erreichen des Endwertes generiert der Zähler einen Ausgangsimpuls, der einerseits ein Um­ schalten der bistabilen Schaltung von einem ersten zu einem zweiten Ausgangs­ zustand und andererseits ein Lesen des darauf folgenden Binärwertes bewirkt, welcher den Zähler auf einen neuen Startwert setzt und einen neuen Zählzyklus auslöst. Am Ausgang der bistabilen Schaltung liegt eine Rechteckwelle, bei welcher der zeitliche Abstand zwischen zwei Umschaltpunkten jeweils dem komplexen Signalwert eines Bildpunktes entspricht und deren kürzeste Impuls- bzw. Pausendauer nicht unterhalb der halben Wellenlänge der oberen Grenzfrequenz des Signalkanals liegt.

Gemäß einer dazu zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der Startwert des Bildwertzählers aus der Summe des bildabhängigen Binärwertes und einer zusätzlichen binären Konstante gebildet. Direkt nach dem Setzen des um die Konstante erhöhten Startwertes schaltet die Taktfrequenz den Zähler in gleichen Zeitabschnitten weiter. Auf diese Weise wird ein Signalelement, das mindestens die Dauer der halben Wellenlänge der oberen Grenzfrequenz des Signalkanals aufweist, auf digitalem Wege erzeugt.

Entsprechend einer weiteren Ausführung der Erfindung wird zumindest während der Übertragungsdauer eines Bildrahmens die Folge der analogen Signal­ elemente mit einem weiteren Signal amplitudenmoduliert. Somit kann zusätzlich über den Signalkanal parallel zur zeitlich gedehnten Bildübertragung in Richtung Bildwiedergabe ein Sprachsignal im Echtzeitmodus, d. h., zeitlich ungedehnt, übertragen werden, beispielsweise zum Erläutern des Videobildes. Zum ungestörten Übertragen des durch die Amplitudenmodulation entstandenen unteren Seitenbandes wird die untere Grenzfrequenz der Rechteckwelle gegenüber der Bandbreite des Signalkanal reduziert. Dafür werden die Taktfre­ quenz für das Weiterschalten des Bildwertzählers und die Dauer des konstanten Zeitabschnitts so festgelegt, daß die Rechteckwelle stets im oberen Übertra­ gungsband des Signalkanals, vorzugsweise im oberen Drittel liegt.

Der Rechteckwelle kann auch ein im unteren Übertragungsband liegendes Sprachsignal linear überlagert werden.

Um ein Sprachsignal zur Empfängerseite übertragen zu können, bei dem eine ausreichende Sprachverständlichkeit erzielbar ist, wird das Frequenzband des Audiosignals vor der Amplitudenmodulation komprimiert. Dieses erfolgt zum Beispiel durch senderseitige Frequenzteilung und empfängerseitiges Verdoppeln der Sprachsignalfrequenz.

Vorteilhaft wird das Farbbildsignal mit einer Abtastfrequenz abgetastet, die deutlich über dem Doppelten des Videofrequenzbandes liegt. Damit generieren Änderungen mit alternierender Elementedauer, die den aufeinander folgenden Signalelementen überlagert sind, beim Wiedergeben des Bildes eine Signalkomponente, deren Frequenzband oberhalb des wiedergabeseitigen Videofrequenzbandes liegt. Infolge der begrenzten Bildauflösung sind diese Zeitänderungen wiedergabeseitig nicht wahrnehmbar. Deshalb ist es möglich, dem Startwert für den Zähler zusätzlich zur Summe aus dem Grundwert und dem ersten Zusatzwert, der dem Binärwert des Bildwertes entspricht, einen zweiten Zusatzwert eines weiteren Signalwertes hinzuzufügen und diesen alternierend zur Summe zu addieren bzw. zu subtrahieren, so daß sich die Zusatzwerte zwischen aufeinanderfolgenden Signalelementen annähernd auslöschen.

Der Telefonverkehr in der Gegenrichtung wird auf dem selben Signalkanal durch lineares Überlagern realisiert.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Dieses legt ein FBAS-Signal nach der in Mitteleuropa üblichen PAL- Norm mit einem Videofrequenzband von 5 MHz und 625 Zeilen pro Vollbild zu Grunde. Die Funktion der Vorrichtung entsprechend der Erfindung ist jedoch an keine Übertragungsnorm gebunden, so daß die aufgeführten Zahlenwerte Beispiele sind. Die zugehörigen Figuren zeigen im Einzelnen:

Fig. 1 das bekannte Prinzip der zeitlichen Signaldehnung auf der Sendeseite

Fig. 2 das erfindungsgemäße Prinzip der Signalanpassung an den Signalkanal

Fig. 3 das erfindungsgemäße Prinzip der Signalrückgewinnung auf der Empfangsseite

Fig. 4 die schrittweise Signalaufbereitung auf der Sendeseite

Wie Fig. 1 zeigt, dient auf der Bildsendeseite eine handelsübliche Videokamera als Bildsignalquelle CAM. Diese erzeugt ein analoges komplexes Farbbildsignal FBAS. Ein an sich bekannter FBAS-Block-Selektor wählt nach dem Aktivieren durch einen Benutzer aus dem FBAS-Signal einen einzelnen FBAS-Signalblock aus, der vorteilhaft zumindest den Signalabschnitt des sichtbaren Teils eines Videohalbbildes umfaßt. Dieser enthält 288 Bildzeilen von den 312/313 Bildzeilen eines Videohalbbildes, welche bei der Wiedergabe aktiv auf dem Bildschirm erscheinen. Ein Analog/Digitalwandler A/D tastet schrittweise den FBAS- Signalblock ab und wandelt jeden abgetasteten Bildwert in einen entsprechenden Binärwerte mit einer Wortlänge von 8 Bit. Die benutzte Abtastfrequenz f_SAMP ist größer als das Doppelte der oberen Grenzfrequenz des zu übertragenen Videofrequenzbandes und beträgt im vorliegenden Beispiel f_SAMP = 12 MHz. Das Abtasten wird durch das folgende vertikale Austast- und Synchronsignal gestoppt. Aus dem FBAS-Signalblock eines einzelnen Videohalbbildes entsteht eine Zeitfolge von Binärwerten, die jeweils sowohl die Luminanz- als auch die Chrominanzinformation eines einzelnen Bildpunktes enthalten.

Nach einer besonderen Ausführung der Erfindung werden die zur Bildaustastung und Bildsynchronisation benötigten Bildzeilen des FBAS-Signals vor dem Übertragen durch ein Startsignal von kürzerer Dauer ersetzt. Dieses wird empfängerseitig wieder durch ein generiertes Signal ausgetauscht. Das Startsignal wird zum Verkürzen der Übertragungsdauer anstelle des vertikalen Austast- und Synchronsignals übertragen.

Die Binärwerte des FBAS-Signalblocks werden synchron zur Abtastfrequenz f_SAMP in die Speicherfelder eines feldprogrammierbaren Schreib-Lese-Speichers RAM geschrieben. Bei der benutzten Abtastfrequenz f_SAMP = 12 MHz entstehen bei einer üblichen Dauer einer Bildzeile von 64 µs pro Bildzeile 768 Bildwerte. Bei einem Halbbild mit 313 Zeilen können alle Bildwerte des Halbbildes einschließlich der horizontalen und vertikalen Austast- und Synchronsignale in einem RAM-Schaltkreis mit einer Speicherkapazität von 245 760 Byte gespeichert werden. Die Binärwerte werden mit der Abtastfrequenz f_SAMP eingeschrieben. Dazu liegt am Schreibadressen-Eingang WA ein Adressenzähler AD COUN 1, der synchron zum Abtasten die am Bild-Daten-Eingang PDI liegenden Binärwerte an die Speicherfelder adressiert. Ein Detektor, der jeden Adressenwechsel registriert, bewirkt, daß die Binärwerte nacheinander in die Speicherfelder geladen werden. Der FBAS-Block-Selektor setzt den Schreib- Lese-Speicher RAM durch ein RAM-Freigabesignal für die Dauer des FBAS- Signalblocks in den Schreibzustand. Dadurch wird gewährleistet, daß Anfang und Ende jedes ausgewählten FBAS-Signal-Blocks stets in die selben Bereiche des Speichers RAM geschrieben werden.

Das Lesen der gespeicherten Binärwerte erfolgt mit einer wesentlich niedrigeren, an die Bandbreite des Signalkanal angepaßten und vom Bildinhalt abhängigen Geschwindigkeit. Dafür adressiert im Beispiel ein am Eingang RA liegender zweiter Adressenzähler AD COUN 2 den Schreib-Lese-Speicher RAM.

Die Beschreibung des Schreib-Lese-Vorgangs stellt nur eine von vielen Möglichkeiten dar. In der Praxis wurde ein speziell für die Videobildspeicherung entwickelter feldprogrammierbarer FIFO-RAM benutzt. Dieser besitzt gemeinsame Dateneingangs- und Datenausgangs-Terminals sowie integrierte Adressenzähler und einen Adressenwechseldetektor, so daß das Laden bzw. Lesen durch Zufuhr entsprechender Befehlsimpulse erfolgt.

Die bisher beschriebene Schaltung entspricht mit Ausnahme der variablen Auslesegeschwindigkeit den bekannten Lösungen.

Entsprechend der Erfindung wird jeder gelesene Binärwert vor dem Übertragen in ein analoges Signalelement umgewandelt, und alle Signalelemente eines ausgewählten Bildes seriell übertragen. Damit wird die Anwendbarkeit des Verfahrens systemunabhängig sowohl auf analoge als auch auf digitale Übertragungswege ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Aufbereitung des FBAS-Signal-Blocks zeigt Fig. 2. Das Umwandeln der Bildwerte übernimmt erfindungsgemäß ein auf einen Startwert programmierbarer Bildwertzähler BWZ1, der einen Dateneingang DI, einen Zeitoffseteingang OI und einen Takteingang CLK aufweist. Am Dateneingang DI liegen die aus dem Schreib-Lese-Speicher RAM gelesen Binärwerte und setzen den Bildwertzähler BWZ1 auf einen Startwert, der jeweils dem digitalen Bildwert vom aktuell übertragenen Signalelement entspricht. Im Beispiel ist der Startwert ein Codewort im Bereich der Binärwerte 0 bis 255. Eine Startverzögerung an einem Offseteingang OI hält den Bildwertzähler BWZ1 für die Dauer T_ZUSATZ des konstanten Zeitabschnitts inaktiv. Die Lage der konstanten Zeitabschnitte mit einer Dauer T_ZUSATZ innerhalb von aufeinanderfolgenden Signalelementen SE1, SE2, SE3 zeigt Fig. 4a). Im Beispiel realisiert die Startverzögerung ein Konstantwertzähler KWZ1 ähnlich dem Bildwertzähler, der jedoch im Gegensatz zu diesem mit einem konstanten Wert programmiert ist. Der Konstantwertzähler KWZ1 wird über den Reseteingang RS jeweils mit dem Lesen eines Binärwertes gestartet und von einer Taktfrequenz f_CLK getaktet. Bis zum Ablauf jeder Zählperiode, die im Beispiel eine Dauer T_ZUSATZ = 167 µs aufweist, sperrt der Konstantwertzähler KWZ1 den Bildwertzähler. Dieses gewährleistet, daß sich aufeinanderfolgende Signalelemente mit dem Binärwert nahe oder gleich Null mit einer Frequenz von kleiner bzw. gleich 3000 Hz wiederholen, wodurch die Grenzfrequenz eines Telefonkanals nicht überschritten wird.

Nach Ablauf des konstanten Zeitabschnitts T_Zusatz schaltet die Taktfrequenz f_CLK, deren Wert die maximale Dauer des ersten, vom Binärwert abhängigen Zeit­ abschnitt festlegt, den Bildwertzähler BWZ1 in gleichmäßigen Zeitschritten vorzugsweise in rückwärtiger Richtung beginnend am gesetzten Startwert bis zum Erreichen eines Endwertes, beispielsweise dem Wert "Null", weiter. Beim Erreichen dieses Endwertes, also nach Ablauf der in Fig. 4a) gezeigten Zeit T_SE = T_ZUSATZ + T_SIGNAL, erzeugt der Bildwerzähler BWZ1 am Pulsausgang PO einen Ausgangsimpuls, dessen zeitliche Lage vom Binärwert abhängt. Dieser bewirkt, daß der nächst folgende digitale Bildwert aus dem Schreib-Lese- Speicher RAM gelesen wird, welcher den Zähler BWZ1 auf einen neuen Startwert setzt und eine neue Zählperiode auslöst. Als Resultat entsteht am Pulsausgang PO eine Pulsfolge, bei der, wie in Fig. 4b gezeigt, die Abstände T_SE der Pulse jeweils einem Bildwert in Form eines Signalelements SE entsprechen. Im vorliegenden Beispiel wird die Taktfrequenz f_CLK so gewählt, daß der erste, vom Binärwert abhängige Zeitabschnitt maximal 83 µs dauert. Dieses bedingt eine Taktfrequenz f_CLK, die den Bildwertzähler BWZ1 etwa alle 0,32 µs weiter schaltet. Damit ist die Wiederholfrequenz bei mehreren aufeinanderfolgende Signalelemente mit dem maximalen Binärwert von 255 minimal 2000 Hz, d. h. die Signalelemente SE des komplexen Farbbildsignals benötigen im Signalkanal das oberere Frequenzband von 2000 bis 3000 Hz. Das so entstandene puls- abstands-modulierte Signal mit steilen Flanken der Pulse ist jedoch nicht zum Übertragen auf einem schmalbandigen Kanal geeignet, da die Impulse integriert werden und von den in beiden Richtungen übertragenen Audiosignal nicht mehr abgetrennt werden können. Deshalb wird das puls-abstands-modulierte Signal einer bistabilen Schaltung FF, beispielsweise einem Flip-Flop, als Taktsignal zugeführt und in eine Rechteckwelle mit Umschaltpunkten gewandelt, deren zeitliche Lage exakt den digitalen Bildwerten entspricht. Diese Welle zeigt Fig. 4c). Vor dem Übertragen trennt, wie in Fig. 4a) gezeigt, ein Bandpaßfilter BPF sowohl den Gleichstromanteil als auch die Oberwellen ab.

Da auf der Wiedergabeseite zum Reproduzieren des originalen Farbbildsignals weder die Signalamplitude noch die Flankensteilheit der Rechteckwellen erforderlich ist, können die Taktfrequenz f_CKL für den Zähler und der konstante Zeitabschnitt so gewählt werden, daß die Rechteckwelle im oberen Frequenzband des Signalkanals liegen. In der Praxis hat sich für einen Fernmeldekanal mit einer Bandbreite von etwa 300 Hz bis 3200 Hz der genannte Frequenzbereich als günstig erwiesen, da zum einem der Vorteil entsteht, daß die in einem Fernsprechgerät eingebauten Filtermittel die Rechteckwelle integrieren, um ein weiteres Digitalisieren der Rechteckwelle mit der im ISDN- Netz üblichen Abtastfrequenz von 8 kHz zu ermöglichen, Zum anderen bietet das genannte Frequenzband ausreichend Platz zum Übertragen des unteren Seitenbandes, das entsteht, wenn die Rechteckwelle auf der Aufnahmeseite vor dem Übertragen mit einem zweiten Signal im vorliegenden Fall das aufnahmeseitige Fernsprechsignal moduliert wird.

Um empfängerseitig die Übertragung eines Videobildes vom gewöhnlichen Fernsprechbetrieb unterscheiden zu können, wird vor der Bildübertragung eine Kennsequenz gesendet.

Den empfängerseitigen Teil der Vorrichtung zeigt Fig. 3. Dieser enthält am Signaleingang, der mit dem nicht dargestellten Signalkanal verbunden ist, einen Nulldurchgangsdetektor NDD, gefolgt von einem empfängerseitigen Konstant­ wertzähler KWZ2, einem Bildwertzähler BWZ2 und einem Schreib-Lese- Speicher RAM2 mit Adressenzählern AD COUN3 und AD COUN4. Der Konstantwertzähler KWZ2 und der Schreib-Lese-Speicher RAM2 entsprechen in Aufbau- und Funktion den senderseitigen Baugruppen. Der Nulldurchgangs­ detektor NND reproduziert aus der Grundwelle des empfangenen Signals das puls-abstands-modulierte Signal, das dem am Pulsausgang PO vom senderseitigen Bildwertzähler entspricht und in Fig. 4b) gezeigt ist. Diese Pulsfolge setzt den Konstantwertzähler KWZ2 jeweils auf seinen Anfangswert zurück, so daß dieser zu Beginn der Dauer T_SE jeweils einen Zählzyklus im Takt einer empfängerseitig erzeugten Taktfrequenz f_CLK startet, bis der intern progammierte Konstantwert erreicht ist und ein Freigabesignal generiert wird. Auf diese Weise wird empfängerseitig das Ende des auf der Sendeseite zu jeden Signalelement addierte konstante Zeitabschnitts mit der Dauer T_ZUSATZ = 167 µs angezeigt. Das Freigabesignal wird benötigt, um die Dauer T_SE der analogen Signalelement um die Dauer T_ZUSATZ des entsprechenden konstanten Zeitabschnitts zu verkürzen. Der Bildwertzähler BWZ2 weist einen Enable- Eingang zum Aktivieren/Deaktivieren, einen Takteingang CLK sowie einen Datenausgang auf, an dem der aktuelle Zählerstand als Binärwert angezeigt wird. Bis zum Erscheinen des Freigabesignals und damit während der Dauer T_ZUSATZ des konstanten Zeitabschnitts bleibt der Bildwertzähler BWZ2 inaktiv. Erst danach, also mit Beginn des zweiten Zeitabschnitts, dessen Dauer T_SIGNAL dem Binärwert entspricht, beginnt der Bildwertzähler BWZ2 seinen Zählzyklus im Takt der Taktfrequenz f_CLK. Mit dem Erscheinen des folgenden Impulses am Ausgang des Nulldurchgangsdetektors NDD wird ein Adressenzähler AD COUN 3 am Eingang WA für die Schreibadressen des Schreib-Lese-Speichers RAM auf die nächste Feldadresse weitergeschaltet. Worauf ein im Schreib-Lese-Speicher RAM2 enthaltener Adressenwechsel-Detektor den am Datenausgang des Bildwertzählers BWZ2 liegenden Binärwert in den Schreib-Lese-Speicher RAM2 schreibt. Gleichzeitig startet der Impuls des Nulldurchgangsdetektors NDD den Konstantwertzähler KWZ2 setzt mit einer kurzen Verzögerung Verz den Bildwertzähler BWZ auf den Wert Null zurück. Eine neue Zählperiode beginnt und läuft bis zum Erscheinen des nächsten Impulses am Ausgang des Nulldurchgangsdetektors NDD. Auf diese Weise werden nacheinander die Binärwerte des FBAS-Signalblocks zurückgewonnen und empfängerseitig synchron zur Übertragungsgeschwindigkeit in den Schreib-Lese-Speicher RAM2 geladen. Da die Dauer T_SE von den Bildwerten abhängt, erfolgt der Ladevorgang mit variabler Geschwindigkeit.

Der Schreib-Lese-Speicher RAM2 wird im Takt der Abtastfrequenz f_SAMP zyklisch ausgelesen. Die Binärwerte des FBAS-Signalblocks liegen damit als sich ständig wiederholende Signalfolge eines Videobildes am Eingang eines Digital/Analogwandlers AD. Dieser wandelt im Zusammenwirken mit dem Tiefpaßfilter TPF in bekannter Weise die Binärwerte in das kontinuierliche analoge Signal des ursprünglichen FBAS-Signalblocks zurück, der dem Fernsehgerät TV zyklisch zugeführt wird, so daß ein Standbild entsteht. Die Übertragung erfolgt mit Bildabhäniger variabler Geschwindigkeit, aber da für einen bestimmten Bildpunkt einer bestimmten Zeile immer die gleiche Feldadresse angewählt wird, entsteht beim Bildaufbau zwischen bereits vorhandenem Bildinhalt und neu eingeschriebenen Bildinhalt mit unterschiedlichen Helligkeitswerten keine zeitliche Abweichung, das heißt keine Bildstörung.

Zum Verbessern des Signal-Rausch-Abstandes sind in den Signalweg des Senders ein Preemphasisglied und in den des Empfängers ein Deemphasisglied geschaltet.

Wenn nacheinander verschiedene Videobilder übertragen werden, treten zwischen den verschiedenen Videobildern unter Umständen Bildsynchroni­ sationsfehler auf, sofern die FBAS-Signalblöcke aus verschiedenen Halbbildern übertragen werden. Es ist deshalb vorteilhaft, auf der Sendeseite mit dem FBAS- Block-Selektor einen an sich bekannten Halbbilddetektor zu koppeln, der gewährleistet, daß dieser immer das gleiche Halbbild aus dem FBAS-Signal auswählt.

Ebenso können zwischen verschieden Videobildern Probleme mit der Farbsynchronisation auftreten. Diese werden insbesondere bei PAL- Übertragungen durch die alternierende Phasenlage des Farb-Burstes im Übergangsbereich vom vorangegangenen zum neuen Videobild verursacht. Diese Farbfehler sind vermeidbar, wenn auf der Sendeseite ein an sich bekannter Phasendetektor mit dem FBAS-Block-Selektor verbunden ist, der nur einen solchen FBAS-Block auswählt, bei dem in einer fest definierten Bildzeile der Burst eine bestimmte Phasenlage aufweist.

Wiedergabeseitig braucht daher nur eine Phasendetektion beim Übergang von z. B. 50% neu eingeschriebenem Bildinhalt zu einem bereits vorhandenen Bildinhalt geringer Burstphasenfehler zu detektieren und z. B. über eine Phasenschiebeschaltung zu korrigieren. Mit dem Signal des Burstphasenfehlerdetektors kann kurzzeitig z. B. immer während einer Periode der Abtastfrequenz f_SAMP pro Zeile die Abtastfrequenz f_SAMP unterbrochen werden, so daß pro Zeile nach einem Übergang eines neu eingeschriebenen Dateninhaltes zu einem bereits vorhandenem Dateninhalt im RAM2 beim Auslesen eine kurze Zeitdehnung entsteht. Phasenfehler des Farbsignal werden durch diese Maßnahme korrigiert und somit entsteht während des Überschreibens eines vorhandenen Bildinhaltes mit einem neuen Bildinhalt kein nennenswerter Farbfehler.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Übertragen von stehenden Videobildern mit einem komple­ xen Farbbildsignal, welches als eine erste Folge von in Binärwerte umgewandelten Bildpunkten vorliegt und für ein einzelnes Voll- oder Halbbild den Signalrahmen bildet, über einen Signalkanal mit einer gegenüber dem Videofrequenzband des Farbbildsignals relativ geringen Bandbreite, wobei die Vorrichtung zum zeitlichen Dehnen des Farbbildsignals (FBAS) die Binärwerte synchron zu ihrem Erscheinen im Farbbildsignal in einen Schreib-Lese- Speicher (RAM1) schreibt und mit niedrigerer Geschwindigkeit liest, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Übertragen jeder Binärwert in ein analoges Signalelement (SE) umgewandelt wird, welches alternierend eine Pulslänge oder eine Pulspause darstellt mit einem ersten konstanten Zeitabschnitt, dessen Dauer (T_ZUSATZ) mindestens die halbe Wellenlänge der oberen Grenzfrequenz des Signalkanals beträgt, und mit einem zweiten Zeitabschnitt, dessen Dauer (T_SIGNAL) dem Binärwert entspricht, so daß die Folge der Signalelemente (SE1, SE2, SE3 . . . .) eine Rechteckwelle bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalkanal ein Fernsprechkanal in einem beliebigen Fernmeldenetz ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen einstellbaren Bildwertzähler (BWZ1) und eine bistabile Schaltung (FF) zum Erzeugen der analogen Signalelemente (SE1, SE2, SE3 . . . .), wobei der Bildwertzähler (BWZ1):

• - durch jeden gelesenen Binärwert auf einen Startwert gesetzt wird, der zumindest den Binärwert des Bildpunktes enthält,
• - vom gesetzten Startwert beginnend in einer Taktfrequenz (f_CLK) zählt und
• - beim Erreichen eines Endwertes einen Ausgangsimpuls abgibt, der einerseits ein Umschalten der bistabile Schaltung (FF) von einem ersten zu einem zweiten Ausgangszustand und andererseits ein Lesen des nächst folgenden Binärwertes bewirkt, welcher den Bilbwertzähler (BWZ1) auf einen neuen Startwert setzt und einen neuen Zählzyklus auslöst.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest während der Übertragungsdauer eines Bildrahmens die Folge der analogen Signalelemente mit einem weiteren Signal, vorzugsweise einem Audiosignal, amplitudenmoduliert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteck­ welle eine gegenüber dem Signalkanal reduzierte untere Grenzfrequenz aufweist, so daß innerhalb der Bandbreite des Signalkanals ein Bandbereich zum Übertragen des durch die Amplitudenmodulation entstandenen unteren Seitenbandes vorhanden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Audiosignal in seinem Audiofrequenzband komprimiert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Startwert für den Bildwertzähler (BWZ1) zusätzlich ein Zusatzwert, der einem weiteren Signalwert entspricht, alternierend zur Summe addiert bzw. subtrahiert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Farbbild­ signal ein analoges FBAS-Signal ist, welches mit einer Abtastfrequenz (f_SAMP) abgetastet wird, die soweit über dem Doppelten des Videofrequenzbandes liegt, daß beim Wiedergeben des Standbildes die alternierend hinzugefügten Zusatzwerte eine Signalkomponente generieren, deren Frequenzband oberhalb des wiedergabeseitigen Videofrequenzbandes liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Bildaustastung und Bildsynchronisation benötigten Bildzeilen des FBAS- Signals vor dem Übertragen durch ein Startsignal von kürzerer Dauer ersetzt werden und daß dieses empfängerseitig wieder durch ein generiertes Bildaustast- und Synchrosignal ausgetauscht wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten Halbbilddetektor auf der Sendeseite, der mit dem FBAS-Block- Seletor gekoppelt ist, zum Auswählen der gleichen Halbbildnummer aus dem FBAS-Signal.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten Phasendetektor, der mit dem FBAS-Block-Selektor verbunden ist, welcher nur einen solchen FBAS-Block auswählt, bei dem der Burst in einer fest definierten Bildzeile eine bestimmte Phasenlage aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schaltung zur Detektion von Phasenfehlern bei einem Übergang von vorangegangenen zu einem neuen Videobild, welche die Phasenlage des FBAS-Blocks des vorhandenen Bildes derart korrigiert, daß die Phasenabweichung des Burstsignals zum neuen Videobildinhalt minimiert wird, welches vorzugsweise durch Austasten der Abtastfrequnz f_SAMP bewirkt wird.