DE2136122C3 - Verfahren zum Empfang von Fernsehsignalen reduzierter Bildwechselzahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Empfang von Fernsehsignalen reduzierter Bildwechselzahl, das insbesondere in den Vermittlungsstellen eines BiIdfernsprechsystems eingesetzt werden kann.

Alle heute gebräuchlichen Fernsehsysteme ver-

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wenden zur Bildwiedergabe Anordnungen, bei denen !.euchtphosphore durch einen die Bildfläche überschreibenden Elektronenstrahl angeregt werden. Die Anregungszeit für einen Bildpunkt ist dabei nur sehr kurz gegenüber der Zeit, die das Überschreiben der gesamten Bildfläche erfordert. Durch die nach der Anregung rasch (exponentiell) abklingende Leuchtdichte des Phosphors wird daher eine hohe Wiederholfrequenz. (Bildwechselrate) erforderlich, damit die Bildwiedergabe ilimmerfrei erfolgt.

Augenphysiologisch sind nach den Erfahrungen der 'Kinematografie zur kontinuierlichen (ruckfreienj Wiedergabe von Bewegungsabläufen etwa 16 BiI-der/Sek. ausreichend. Demgegenüber erfordert ein hinreichend fünifiierfreies Bild auf einer Fernsehbildröhre 50 bis 60 Bilder/Sek.

Da die /ur Signalübertragung notwendige Bandbreite der Bildwechselrate proportional ist, muÜ daher mehr Bandbreite aufgewendet werden, als die vom Auge ausnutzbare Bildinformation eigentlich erfordern würde.

bs ist an sich bekannt, vidiconiihnliche elektronische Signalspeichenöhren für die langsame Übertragung von Fernsehbildern auf einen Übertragungskanal kleiner Bandbreite als Normwandler zu verwenden, wobei auf der Geherscite schnell - langsam, auf der Empfangsscite langsam - schnell abgetastet wird. Dieses Verfahren setzt auch den Einsatz von Normwandlern auf der Sendeseite des bandbegrenzten Übertragungsabschnittes voraus, eine Lösung, die in neu zu konzipierenden Netzen offensichtlich unwirtschaftlich ist, weil hier bereits der Bildgeber mit einer der stroboskopischen Verschmelzungsfrequenz entsprechenden Bildwechselzahl betrieben werden kann. Abgesehen davon besteht beim Einsatz dieses Verfahrens für Bildfernsprecher das Problem, daß die Laufzeit den für Gegensprechen international zugelassenen Wert überschreitet und sich ein Asynchronisir.us zwischen Tonsignal und Sprechbewegung ergibt (Radio Mctor Wl, Seiten 288 bis 292).

Eine andere, auf die Empfangsseite bezogene Lösung schlägt vor. ein Fernsehsignal mit reduzierter Bildwechselzahl am empfangsseitigen Ende einer bandbegrenzten Übertragungsstrecke einen von zwei abwechselnd zu Ein- bzw. zum Auslesen verwendeten Bildspeichern zuzuführen, dort dieses Signal mehrfach auszulesen und so die für flimmerfreien Empfang notwendige höhere Bildwechse !frequenz zu erreichen (Philips Res. Rep. I960, Seiten 30 bis 96).

Die Praxis zeigt, daß bei sehr niedrigen BikKvcch selzahlen eine Diskontinuität der Bewegungsabläufe im empfangenen Bild auftritt, die der Anwendung des Verfahrens zur ins Gewicht fallenden Bandbreiteersparnis leider Grenzen setzt.

Eine Lösung dieses Problems bietet das sogenannte Überblendungsbild in Anlehnung an das von mechanischen Abtastern (Mechau-Projektor) her bekannte Zwischenbild-Projektionsverfahren. Die elektronische Verwirklichung dieses Überblendungsbildes (im angelsächsischen Sprachgebrauch linear interpolation) ist zwar wegen der damit möglichen Bandbreiteersparnis in der Literatur als erstrebenswert angesehen worden, eine konkrete Lösung ist bisher aber noch nicht bekanntgeworden. (»Fernsehtechnik« I. Teil, herausgegeben von F. Schröter, Springer-Verlag, 1956, Seiten 28 und 29; »Fernsehtechnik« II. Teil, herausgegeben von F. Schröter, Springer-Verlag, 1963, Seiten 526 bis 528; The Institution of Electrical

Lnuuieers Paper Nn .'5(J" 1:May 1'λνΐ, Vol. HW,Pan α. Seite 30*> j

In der letzt ei wähnlcn Literaturstvlie ist auf den folgenden Seiten 306 his 314 dagegen als konkrete Lösung ein als »contour interpolation« bezeichnetes InterpolatiortnveriahreR angegeben, bei dem zwischen den Zeilen zweier aufeinanderfolgender Halbbilder interpoliert wird und das demzufolge das Zwischenzeilenverfahrcn voraussetzt. Bn solches Verfahren erfordei t durch die beibehaltene Zwischenzeilentechnik einen verhältnismäßig großen Aufwand. So sind in einem Ausführungsbeispiel 3 Einstrahl- und I Zwcistrahlspcicherröhre notwendig.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu der empfangsscitigen Zwischenspeicherung von Fcrn.sehsignalen mit reduzierter Bildwechselzahl eine Interpolation zwischen aufeinanderfolgenden vollen Bildern, also ein Überblendungsbild, ohne ins Gewicht fallenden Mehraufwand zu ermöglichen, mit dem Ziel, die bei sehr niedrigen Bildwechselzahlen auftretende Diskontinuität der Bewegungsabläufe zu verringern.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß wahrend der ersten von insgesamt drei zyklisch aufeinanderfolgenden Bildperioden das Signal eines vollen Bildes zunächst in die erste von insgesamt drei elektronischen Signalspeicherröhrcn eingeschrieben wird, daß in den darauf folgenden zweiten und dritten Bildperioden periodisch wechselnde Anteile des in die erste Signalspeicherröhre eingespeicherten Bildsignals mehrfach ausgelesen werden und am Ende der dritten Bildpenode während einer im Verhältnis zur Auslesezeit kleinen Zeit das Bildsignal wieder gelöscht wird, daß mit Beginn der zweiten bzw. dritten Bildperiode die folgenden Bildsignale in die /.weite bzw. dritte Signalspeicherröhre eingeschrieben werden und in den darauf folgenden Bildperioden sich das mehrfache Auslesen periodisch wechselnder Anteile der eingeschriebenen Bildsignale und das schließliche Löschen am jeweiligen Ende der Bildperiode in zyklischer Vertauschung derart wiederholt, daß für das mehrfache Auslesen mit Ausnahme der Löschzeit je zwei aufeinanderfolgende iHder gleichzeitig zur Verfugung stehen, aus deren Signalwerten durch Intel polation weitere Bilder gewonnen und in die Bildfolgc eingefügt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich eine Verringerung der Bildwechselrate unter die stroboskopische Verschmelzungsfrequenz erreichen, weil durch die Interpolation aus den Signalen zweier aufeinanderfolgender Bilder die ansonsten noch in Erscheinung tretende Ruckhaftcgkeit der Bewegungsalbläufe dabei weitgehend verdeckt und gegen eine vom Auge weniger störend empfundene Verschmierung der bewegten Bildkanten eingetauscht wird. Die ohne bemerkbare Beeinflussung der Bildqualität für Zwecke des Bildfernsprechers erreichbare Einsparung an Übertragungs-Bandbreiten liegt zwischen 30 und 50%. Weil kein Zwischenzeilenverfahren angewendet wird, ist der Mehraufwand gegenüber einem Verfahren ohne Interpolation auf eine Speicherröhre beschränkt.

Die Taktfrequenz für das Auslesen jedes einzelnen Bildes (Bildfolgefrequenz für die Wiedergabe) muß ein ganzzahliges Vielfaches der im bandbegrenzten Übertragungsabschnitt vorgesehenen Bildwechselrate betragen. Vorteilhaft wird die Taktfrequenz mit SO Hz gewählt, um störende Interferenzen, hervorgerufen durch die mit Netzfrequenz betriebene Szenenbeleuchtung, zu vermeiden.

Ein zweckmäßiger Wert fur die Bildwechselrate ergibt sich demzufolge mit 12,5 Bilder/Sek. Ebenfalls

S denkbar ist die Kombination 12 Bilder/Sek. bei 60 Hz Taktfrequenz.

Um Interferenzen zwischen den Schreib- und Lesefrequenzen zu vermeiden, erfolgt das Auslesen der Bildspeicherröhren zweckmäßig orthogonal zur Zeilcnrichtung. Die bei optischen Normwandlern übliche Zeilcnwobbclung kann dann entfallen und wird durch Anwendung eines Tiefpasses mit einer der Übertragiingsbandbreite des Systems entsprechenden Grenzfrequenz ersetzt.

»5 Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere in den Ortsvermittlungsstellen eines Bildfernsprcchsystems einsetzbar, dessen abgehende Bildsignale bereits mit reduzierter Bildwechselzahl ausgesendet werden. Der Einsatz des Zwischenspeichers ist dann lediglich auf die Ortsvermittlungsstellen beschränkt, während die ankommende Übertragung zwischen Ortsvermittlungsstelle und Teilnehmern mit der höheren Bildwechselrate betneben wird.

Der einigen Aufwand erfordernde Empfangsspei-

»5 eher wird also vom einzelnen Teilnehmer zentral zur Ortsvermittlungsstelle verlagert und steht hier mit höherem Ausnutzungsgrad für mehrere Teilnehmer zur Verfügung. Diese Konzeption hat den Vorteil, daß bei der Neuentwicklung von Bildempfängern, die den

eingangs erwähnten Beschränkungen in bezug auf Flimmerfreiheit nicht mehr unterliegen, die Übertragungswege der zu erwartenden Bandbreiteersparnis bereits angepaßt sind.

Ein Beispiel für die technische Realisierung des er-

findungsgemäßen Verfahrens in einem Bildfernsprechsystem wird an Hand einer schematischen Darstellung im nachfolgenden näher erläutert.

Im Bildfernsprechsystem des Ausführungsbeispiels erfolgt die teilnehmerseitige Bildaufnahme und abge-

hende Übertragung bis zur letzten Vermittlungsstelle mit 320 Zeilen bei 12,5 Bildwechseln pro Sekunde. Daraus resultiert eine Horizontalfrequenz von 4 kHz. die sich in das bestehende 8 kHz-Raster der TF-Technik einfügt. Auf die Zeilensprungtechnik wird auf dem

Übertragungsweg verzichtet, und zwar deshalb, weil

1. in den Bildspeicher am Ende der Schmalbandübertragung ohnehin ein vollständiges Bild eingespeichert werden muß, bevor mit dem - mehrfach wiederholten - Auslesen begonnen wird.

Ein Zeilensprung würde daher keinerlei Vorteile bieten;

2. werden die Maßnahmen zur Redundanzverminderung im Bildsignal bei der Fernübertragung durch die Zeilensprungtechnik wesentlich er-

schwert. Selbstverständlich gilt diese Überlegung nur für den Signalweg bis zum Eunpfangsspeicher. Beim Auslesen des Signals und seiner Wiedergabe auf der Bildröhre werden die Vorteile des Zwischenzeilenverfahrens dagegen uneingeschränkt genutzt.

Für die Übertragung des Kopfbildes hat sich ein Bildformat von nahezu quadratischer Form bewährt. Das Verhältnis von Bildbreite zu Bildhöhe wurde auf 1: V₄ V2 = 1:1,065 festgelegt. Damit errechnet sich dann eine Bildpunktzahl von 96 000, die mit der Bildfrequenz multipliziert eine Schachbretifrequenz von 602 kHz ergibt. Mit einem Kellfaktor von 0,83 kann daraus die Grenzfrequenz für die Übertragung mit

kHz ermittelt werden.

Wie schoii ei läutert, wird dieses Bildsignal mit der niedrigen Bildwechselzahl in der Endvermittlung mit Hilfe elektronischer Speicherröhren gemäß dem eifindungsgemäßen Verfahren normgewandelt. Hierzu werden 3 Speicher benötigt, die in zyklischer Vertauschung eingeschrieben, ausgelesen und gelöscht werden, üie Reihenfolge und Dauer dei einzelnen Phasen der Normwandlung zeigt die Figur. Zunächst sei der Arbeitsablauf der Speicherröhre I betrachtet. Während der Dauer einer Bildperiode, nämlich während ¹ /1;, Sekunde, wird ein vollständiges Bild eingeschrieben. Anschließend beginnt das Auslesen, das mit einer Wiederholfrequenz von 50 Hz insgesamt 7mal wiederholt wird. Damit ist die Zeit für das nächste Bild, das im Speicher Il aufläuft, vollständig und für das übernächste Bild zu V₄ der Dauer überdeckt. Die restliche '/,„ Sekunde beansprucht der Löschvorgang, der den Gesamtzyklus beendet. Das Diagramm zeigt, daß für das Auslesen im allgemeinen 2 Speicher verfügbar sind, aus denen die Signale aufeinanderfolgender Bildet mit wechselnden Anteilen erzeugt werden können.

Das Signal des ersten ausgelescnen Bildes entsteht ■/. B. durch Addition von V₄ des aus Speicher I entnommenen Signals zu V₄ des Signals aus Speicher HI. Während der folgenden Bilder wächst der Signalanteil aus Speicher I um je ein Viertel, gleichzeitig wird der Anteil aus Speicher III um den gleichen Betrag geringer, bis schließlich das Signal des vierten Bildes ausschließlich aas dem Speicher I entnommen wird. Der Speicher III kann gelöscht werden und steht zum erneuten Hinschreiben zur Verfügung. Inzwischen wird dann der Speicher U mit wachsendem Anteil zum Auslesen herangezogen. Auf diese Weise kann, ähnlich wie bei der Filmprojektion mit dem Mcehau-Projektor. ein Bild gewissermaßen allmählich, in kleinen.

S iiiiaul'iälligcii Schritten in das nächste DiUI libergeleitet weiden Die Diskontinuität in der Bcwcgut^ einer Bildkante wird hierdurch /u einem erheblichen Teil ausgeglichen und gegen eine weniger strirendr Vorschmicnmj! des Bewegungsablaufs eilige-

to tauscht

Das Auslesen des Bildsignals erfolgt mit λ 15 Zeilen und der doppelten Bildfrequenz des Übcrtragungssignals. Mit einfachem Zeilensprung ergibt sich daraus die 4faehe Teilbildfrequenz von 50 Hi. Die Abtasi-

¹S richtung liegt orthogonal zu der des aufgenommenen Bildes, um Interferenzen zwischen den Zellenstrukturen beim Hinschreiben und Auslesen des Speiche! s zu vermeiden. Die bei optischen Normwandlern übliche Zcilenwobblung wird dadurch überflüssig und

^a° kann allenfalls durch einen Tiefpaß ersetzt werden, der die aus den Abtastdaten resultierende Schaclibrettfrequenzvon 1,32 MHz mit einem Kellfaktor 0,9 auf 1,2 MHz begrenzt. Die t)l>crtragung im letzten Abschnitt von der Endvermittlung übei die An Schlußleitung bis zum Teilnehmer erfolgt demnach nach durchaus konventionellen Methoden, und es ist daher verständlich, daß bei etwa gleicher Forderung an die Bildqualität sich ganz ähnliche Werte für die Übertragungsbandbrcile ergeben wie bei anderen bisher konzipierten und bekanntgewordenen Bildfern· sprech-Systcmen. Diese Bandbreiten lassen sich aboi übei die relativ kurzen Teilnehmer-Anschlußleitunjren ohne weiteres übcrtiagen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

2 Patentansprüche ·

1. Verfahren zum Empfang von Fernsetisignalen reduzierter Bildwechselzahl mit Zwischenspeicherung durch mehrere, abwechselnd zum Einlesen bzw. mehrmaligen Auslesen verwendete Signalspeicherröhren, dadurch gekennzeichnet, daß während der ersten von insgesamt drei zyklisch aufeinanderfolgenden Bildperioden das Signal eines vollen Bildes (Bild I) in die erste (I). von insgesamt drei elektronischen Signalspsicherröhren eingeschrieben wird, daß in den darauf folgenden zweiten und dritten Bildperioden periodisch wechselnde Aineile des in die »5 erste Signalspeicherröhre (1) eingespeicherten Bildsignals mehrfach ausgelesen werden und am Ende der dritten Bildperiode während einer im Verhältnis zur Auslesezeit kleinen Zeit das Bildsignal wieder gelöscht wird, daß mit Beginn der " zweiten bzw. dritten Bildperiode die folgenden Bildsignale (Bild 2 bzw. Bild .') in die /weite Ivw. dritte Signalspeicherröhre vll, III) eingc schrieben werde und in den darauf folgenden Bildperioden sich das mehrfache Auslesen penn- »5 tlisch wechselnder Anteile der eingeschriebenen (iilikignalc und das schlieUlithc Löschen .im jeweiligen linie dei Bildperiode in zyklischer Vertauschiing derart wiederholt, daß für das mehrfache Auslesen mit Ausnahme der Loschzeit je zwei aufeinanderfolgende Bilder gleichzeitig /in Verfügung stehen, aus deren Signalttcik-n durch Interpolation weiteie Bildet gewonnen und in die Bildfolge eingefügt werden.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz für das Aus lesen der gespeicherten bzw. interpolierten Bilder ein ganzzahligcs Vielfaches der im bandbegrenzten Übertragungsabschnitt vorgesehenen Bildwechselrate beträgt.

λ. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz 50 Hz und die reduzierte Bildwechselrate 12.5 Bilder/Sekunde beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslesen der Signalspeicherröhren orthogonal zur Zeilenrichtung erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch I, gekennzeichnet durch seine Anwendung in den Ortsvermittlungsstellen eines Vermittlungssystems, dessen abge- 5» hendc Bildsignale bereits teilnehmerseitig mit einer unterhalb der stroboskopischen Verschmelzungsfrequenz liegenden Bildwechselrate ausgesendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz 60 Hz und die reduzierte Bildwechselrate 12 Bilder/Sekunde beträgt.