DE2404382A1 - Sendevorrichtung fuer die uebertragung sichtbarer bilder - Google Patents

Description

9280-74/H/Elf
Case 2375

U.S. Ser.No. 356,415
vom 5.Mai 1973

Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Mass. (V.St.A.)

Sendevorrichtung für die übertragung sichtbarer Bilder

Die Erfindung betrifft eine Sendevorrichtung für die übertragung sichtbarer Bilder über einen Kanal mit einem amplitudenmodulierten Sendeträger, dessen Frequenz mit der Bandbreite des gesendeten Signals vergleichbar ist.

Bei derartigen Systemen besteht das Problem der Überlappung zwischen den mittleren (Gleichstrom-)Komponenten und den Wechselstromkomponenten des Signals, die entweder zur Verzerrung ("aliasing") durch Basisbandstörungen oder zur Herabsetzung der effektiv verfügbaren Bandbreite und somit zu verminderter Auflösung führt.

Die Erfindung ermöglicht die Ausnutzung der gesamten verfügbaren Bandbreite ohne Basisbandstörungen. Sie eignet sich besonders für ein System mit zerhacktem Lichtstrahl, das gegen Einflüsse des Raumlichtes und einer Gleichstromdrift immun ist.

409846/0672

Die Erfindung löst die ihr gestellte Aufgabe durch die in den Ansprüchen beschriebene Sendevorrichtung.

Erfindungsgemäss wird also ein bildmoduliertes Trägersignal mit einer Frequenz erzeugt, die in einem zur Verminderung von Basisbandstörungen ohne Beeinträchtigung der effektiven Bandbreite ausreichendem Maß die Frequenz des Sendeträgers übersteigt. Anschließend wird das sich ergebende modulierte Signal effektiv mit einer Schwingung multipliziert, deren Frequenz gleich der Differenz zwischen dem bildmodulierten Trägersignal und dem Sendeträger ist. Das daraus resultierende Signal wird dann gesendet. Vorzugsweise dient ein Laser als Quelle für einen Lichtstrahl, der mit einer Frequenz zerhackt wird, die mindestens das fünffache der Frequenz des Sendeträgers beträgt. Die Frequenz des modulierten Trägers wird hierbei so gewählt, daß nie- dere Oberwellen mit Schwebungsfrequenzen innerhalb der Bandbreite des modulierten Sendeträgers vermieden werden; zum Modulieren des Lasers und zur Erzeugung eines Videosignals dient eine von einem Kristalloszillator erzeugte Rechteckschwingung; eine vom Oszillator ferner erzeugte Sinusschwingung wird mit dem Videosignal multipliziert, woraus ein zu sendendes Signal entsteht; vor der Multiplikation wird das Basisbandspektrum aus dem Videosignal herausgefiltert. Bei Ausführungsbeispielen für die Übertragung über eine Fernsprechleitung beträgt die Frequenz des Sendeträgers vorzugsweise 2 kHz, während der bildmodulierte Träger eine 10 kHz-Schwingung ist und die Sinusschwingung eine Frequenz von 8 kHz hat.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Bild-Sendevorrichtung, aus der Teile des optischen Systems kenntlich sind;

Fig. 2 ähnlich wie Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Empfängers;

409846/0672

■•■j"·

Fig. 3 eine schematische, aber etwas genauere Darstellung einer Analog-Verarbeitungsschaltung gemäß Fig. 1; und

Fig. 4 Darstellungen zur Erläuterung des Spektrums an verschiedenen Stellen der Schaltungsanordnung nach Fig. 3.

In Fig. 1 ist eine Sendevorrichtung zum Erzeugen und Verarbeiten von beispielsweise von einer Photographie oder einem Geschäftsdokument stammenden Videosignalen und zur Bereitstellung eines amplitudenmodulierten 2kHz-Trägers zur übertragung des Bildes über eine Fernsprechleitung dargestellt.

Die Photographie 10 wird in vertikaler Bewegung mittels Rollen 12, die durch einen Motor angetrieben werden, geführt und an einem durch die öffnung 14 festgelegten Abtastfeld vorbeigezogen. Ein (Helium-Neon-)Laser 18 wird mittels einer lOkHz-Rechteckschwingung von der vollen Helligkeit bis zum Abschalten moduliert. Der Laserstrahl wird über ein optisches System auf die Photographie projiziert. Eines der Teile in dem optischen System ist ein von einem Galvanometer 21 angetriebener Spiegel 20, der bewirkt, daß der Laserstrahl eine Standardzeile von etwa 30cm Länge im rechten Winkel zu der Richtung abtastet, in der das Papier bei der öffnung 14 vorbeigeführt wird. Das reflektierte Licht wird von einer Anordnung von photoempfindlichen Solarzellen 22 aufgefangen, deren Ausgangsströme parallel zu einem Vorverstärker 23 geführt werden, der den Strom verstärkt und · auf eine Bandbreite von 8 bis 12 kHz begrenzt. Da dieses Bildsignal einen 10 kHz-Träger moduliert, ist der Vorverstärker 23 immun gegen die Umgebungshelligkeit und gegen eine Gleichstromdrift.

Das Vorverstärker-Ausgangssignal liegt auf einem Pegel, der so hoch ist, daß er nicht durch Rauschen gestört werden kann und wird einer Analog-Verarbeitungsschaltung 24 zugeführt, in der

4098 4 6/0672

-A-

das Videosignal von 10 kHz mit einer Sinusschwingung von 8 kHz multipliziert wird, wozu eine in integrierter Bauweise aufgebaute Präzision-Multiplizierschaltung benutzt wird. Das Ausgangssignal von der Multiplizierschaltung wird gefiltert, so daß ein zweiseiten-moduliertes Signal von 2 kHz entsteht, das dann verstärkt und mittels des Transformators 26 an eine Fernsprechleitung gelegt wird.

Sowohl das Rechtecksignal von 10 kHz als auch die Sinusschwingung von 8 kHz werden von einem genauen Kristall-Oszillator 28 abgeleitet, der mit 1,44 MHz arbeitet. Das Taktsignal wird auch auf einen Puls mit einer Frequenz von 100 Impulsen/Minute heruntergesetzt, der den Kippgenerator 29 synchronisiert, welcher den vom Galvanometer angetriebenen Spiegel auslenkt. Der Taktgeber ist Teil der digitalen Schaltung 30, die auch das Start- und das Stop-Programm enthält. Nach Einschaltung wird der Multiplizierschaltung anstelle des amplitudenmodulierten lOkHz-Signals von der Lichtabtastschaltung ein nichtmoduliertes Bezugssignal von 10 kHz zugeführt. Das Ausgangssignal dieser Sendeanordnung ist daher ein genauer Odbm-2 kHz-Vorbereitungston. Nach 30 Sekunden wird der Vorbereitungston zweimal durch -32 db-Austastimpulse unterbrochen. Diese letzteren Impulse treten mit einer Folgefreguenz von 100 Impulsen/Minute synchron mit dem Abtast-Rücklaufintervall des Galvanometers auf. Nach diesen beiden Impulsen schaltet der Eingang der Multiplizierschaltung auf das Lichtsignal über und es wird ein moduliertes, dem Bild entsprechendes Ausgangssignal über die Leitung übertragen. Genaue -32db-Austast-Impulse treten während des Abtastrücklaufes fortlaufend auf.

Papierabfühleinrichtungen (nicht dargestellt) sind direkt oberhalb und unterhalb der Abtastöffnung vorgesehen. Wenn das Bild in die Papierführung eingesetzt und der Startknopf gedrückt worden ist, bewegt ein Motor 32 mit hoher Geschwindigkeit das Bild nach unten, bis es die Abtastöffnung erreicht. Nachdem der

409846/0672

Vorbereitungston zu Ende ist, entweder am Ende der 30 Sekunden oder wenn der Vorbereitungsknopf gedrückt wurde, wird ein Motor 34 mit niederer Geschwindigkeit angeschaltet, und das Papier wird mit einer Geschwindigkeit von.etwa 2,5 cm/Minute an der Abtastöffnung vorbeigeführt. Wenn die hintere Kante des Bildes nur noch einen geringen Abstand von der Abtastöffnung hat, dann stellt eine der Papierabfühleinrichtungen diesen Zustand fest. Sie unterbricht die übertragung, schaltet den mit kleiner Geschwindigkeit laufenden Motor ab und schaltet den Motor hoher Geschwindigkeit ein, bis das Papier aus der Papierführung herausgleitet.

Durch Zerhacken eines Lichtstrahls mit 10 kHz werden Basisbandstörungen vermieden, die sich bei Zerhacken mit einer niedrigeren Frequenz ergeben, würden, wenn sich die Gleichstrom- und Wechselstromkomponenten des modulierten Signals überlappen. Ferner wird durch die Wahl einer Frequenz von 10 kHz und die Verwendung einer reinen Sinusschwingung zur Erzeugung des zu sendenden Signals durch Multiplikation eine Schwebung niederer Oberwellen innerhalb der Kanalbandbreite vermieden. Diese Effekte werden durch Figur 3 und 4 erläutert, die Einzelheiten der Analog-Verarbeitungsschaltung 24 bzw. Spektra der jeweiligen Signale an ausgewählten Punkten I, II und III in der Verarbeitungsschaltung zeigen.

Das Ausgangssignal des Vorverstärkers hat Spektra, die auf 0 Hz und auf Vielfache von 10 kHz zentriert sind. Das Filter B eliminiert das Basisband (Modulationsfrequenzband) um 0 Hz, während die 10 kHz und ihre Oberwellen beibehalten werden. Das Filter A erzeugt eine reine 8kHz-Sinusschwingung, die der Multiplizierschaltung zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung enthält alle Summen- und Differenzfrequenzen. Das Filter C selektiert nur das Band um 2 kHz, indem es alle Komponenten oberhalb etwa 6 kHz eliminiert. Das ausgewählte Band besteht nur aus der Differenz zwischen 8 kHz und dem um 10 kHz zentrierten Band im Ausgangssignal des Vorverstärkers. Eine

409846/0672

zweckmässige Wahl der beiden Frequenzen (hier 8 und 10 kHz, sie müssen sich um 2 kHz unterscheiden)., verhindert, daß irgendwelche Oberwellen niedrigen Pegels der 8 kHz eine Schwebung mit Oberwellen niedrigem Pegels der 10 kflz bilden, wodurch unerwünschte Komponenten im Band von O bis 4 kHz entstehen würden.

!Die Bandbreite jedes Unter spektrums, beispielsweise des um 10 kHz zentrierten Spektrums, richtet sich nach der Bildschärfe und der Abtastfleckgröße und beträgt beim hier beschriebenen Beispiel normalerweise 1,5 bis 2 kHz (d.h. 3 bis 4 kHz Doppelseitenbandbreite) .

Einzelheiten des bei der hier beschriebenen Sendevorrichtung verwendbaren optischen Systems wurden in der deutschen Patentanmel- dung P 24 Ol 778.5 vorgeschlagen.

Figur 2 zeigt einen in Verbindung mit der Sendevorrichtung gemäß Figur 1 verwendbaren Empfänger. Das von der Leitung kommende Signal wird über einen Transformator einer Analog-Verarbeitungsschaltung 60 zugeführt. In ihr wird das Signal verstärkt und gleichgerichtet. Die weiteren Vorgänge der Signalgleichrichtung, die Entstörung gegenüber ebenfalls übertragenen Sprachsignalen, die automatische Verstärkungsregelung und das Unterbrechen der übertragung werden ebenfalls in der Analog-Verarbeitungsschaltung durchgeführt. Das Ausgangssignal der Verarbetungsschaltung ist ein zweiweggleichgerichtetes Signal, das danach ein Filter 62 durchläuft, welches die 4kHz-Komponente und höhere Komponenten entfernt und nur das Modulationsfrequenzbandsignal durchläßt. Dieses Signal wird dann einem nichtlinearen Verstärker 64 zugeführt, der als Gleichstromverstärker ausgebildet ist und eine Charakteristik aufweist, bei der die Ausgangsspannung irgendeinem Pegel des Eingangssignals entspricht und proportional zur Lichtmenge ist, die nötig ist, um das im Empfänger verwendete trockene Silberpapier zu belichten, und die der genau richtigen Schwär-

409846/0672

zungsdichte entspricht. Die benötigte Charakteristik des nichtlinearen Verstärkers erhält man durch sorgfältige Messung der D log Ε-Kurve des Papiers unter den bei der Bearbeitung auftretenden Verhältnissen. Dann arbeitet man in umgekehrter Richtung, um die Abhängigkeit zwischen dem Licht, das für eine bestimmte Schwärzungsdichte auf dem Papier benötigt wird, und dem Signal aufzufinden, das von der Sendevorrichtung beim Abtasten einer speziellen Schwärzungsdichte erzeugt wird. Das Ausgangssignal des nicht-linearen Verstärkers wird einem Entzerrer 66 zugeführt, der als Filter zur Hochfrequenζanhebung ausgebildet ist. Der Entzerrer gleicht einen Teil der Hochfrequenz-Leistungsverluste aus, die in den Sende- und Empfangseinrichtungen sowie in der Telefonleitung auftreten. Eine zusätzliche Entzerrung bzw. ein zusätzlicher Ausgleich kann dazu verwendet werden, das Bild etwas härter zu kontrastieren, als es durch eine "weiche" Frequenzwiedergabe im Originalbild erreicht werden kann. Die Analog-Verarbeitungsschaltung erzeugt weiterhin einen Phasenabgleich- Impuls am Ende des Vorbereitungstones. Dieser Impuls synchronisiert einen Taktgeber 68 in Form eines Digitalzählers, der das Signal eines Kristalloszillators von 1,44 mHz heruntersetzt. Der Taktgeber erzeugt Impulse mit einer Folgefrequenz von 100 Impulsen pro Minute, die dazu benutzt werden, das Galvanometer 70 anzutreiben, das den Abtastspiegel 72 hin und her bewegt. Zu Eichungszwecken erzeugt der Taktgeber weiterhin Taktsignale, die vom Generator 73 zum Erzeugen eines Graukeiles aus 14 Schritten verwend*. wird, der nach Detektion des Bildes und · vor dem Ende des Vorbereitungstones automatisch eingetastet wird. Auf diese Weise weist jedes empfangene Bild einen Graukeil auf, mit dem die fehlerfreie Laser-Modulation und die Wärmeentwicklung des Papiers beurteilt werden können.

Das selektierte Video-Signal wird einem Potentiometer 74 zugeführt. Das Licht, das auf das Papier auffällt, ist dem Video-Signal, das durch die Einstellung des Potentiometers 74 vergrössert werden kann, direkt proportional.

4 09846/0672

Damit das Licht, das auf das Papier auffällt/ genau proportional zum Video-Signal ist/, wird eine Licht-Rückkopplung verwendet. Ein Liehtverzweiger oder Strahlenteiler 76 spaltet von dem vom Laser 78 kommenden Licht etwa 6% ab. Diese Komponente wird mit einer lichtempfindlichen Solarzelle 80 abgetastet und verstärkt. Das Signal wird mit dem Video-Eingangssignal verglichen. Tritt ein Unterschied auf, so wird der Laser-Modulator 82 betätigt. Da die Rückkopplungsschleifen-Verstärkung recht hoch ist, ist sichergestellt, daß das Rückkoppelsignal praktisch gleich dem Video-Signal ist. Dem Modulator werden als Eingangssignale ferner Austast- und Steuersignale vom Taktgeber und von der Analog-Verarbeitungsschaltung zugeführt. Diese Signie haben den Zweck, den Laser abgeschaltet zu halten, wenn kein Bild empfangen wird. Der Strahl wird auch während des Spiegelrücklaufes ausgetastet, und der Stufengrautonkeil wird automatisch eingetastet, bevor das Bild beginnt.

Die Impulse mit der Folgefrequenz von 100 Impulsen pro Minute werden dem Kippgenerator 84 zugeführt, der eine Sägezahnspannung erzeugt. Diese Sägezahnspannung wird ihrerseits einem Ablenkverstärker 86 zur Bereitstellung eines proportionalen Stromes zugeführt. Der Strom treibt das Galvanometer 70 an.

Der modulierte Strahl tastet lichtempfindliches Papier 90 ab, das von einem vom Motorrelais 94 gesteuerten Motor über eine Rolle 92 angetrieben wird.

409846/0672

Claims (8)

1. Patentansprüche

   l.)J Sendevorrichtung für die übertragung sichtbarer Bilder über einen Kanal mit einem amplitudenmodulierten Sendeträger, dessen frequenz mit der Bandbreite des gesendeten Signals vergleichbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (18) vorgesehen ist, welche ein bildmoduliertes Signal mit einer Frequenz erzeugt, die in einem zur Vermeidung von Basisbandstörungen ohne Beeinträchtigung der effektiven Bandbreite ausreichenden Maß die Frequenz des Sendeträgers übersteigt, daß eine weitere Einrichtung (24) vorgesehen ist, die anschließend das sich ergebende modulierte Signal mit einer Schwingung multipliziert, deren Frequenz gleich der Differenz zwischen dem bildmodulierten Trägersignal und dem Sendeträger ist, und daß das resultierende Signal gesendet wird.
2. 2.) Sendevorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die das bildmodulierte Signal erzeugende Einrichtung (18) eine Quelle eines zerhackten Lichtstrahls enthält.
3. 3.) Sendevorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß der Lichtstrahl mit einer Frequenz zerhackt wird, die mindestens das Fünffache der Frequenz des Sendeträgers beträgt.
4. 4.) Sendevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendekanal eine Fernsprechleitung ist, daß die Frequenz des Sendeträgers 2 kHz- beträgt, und daß das bildmodulierte Trägersignal eine 10 kHz-Schwingung ist.
5. 5.) Sendevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz

   409846/0672

   des bildmodulierten Trägersignals so gewählt wird, daß Oberwellen niederer Ordnung vermieden werden., die Schwebungsfrequenzen innerhalb der Bandbreite des modulierten Sendeträgers haben.
6. 6.) Sendevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Laser (18) , einen Kristalloszillator {28), eine Schaltung zur Herleitung einer Rechteckschwingung vom Kristalloszillator zum Modulieren des Lasers und zur Erzeugung eines Videosignals, und durch eine Schaltung, die von dem Kristalloszillator eine Sinusschwingung herleitet und zur Erzeugung des zu sendenden Signals das Videosignal mit der Sinusschwingung multipliziert.
7. 7.) Sendevorrichtung nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz der Rechteckschwingung 10 kHz und diejenige der Sinusschwingung 8 kHz beträgt.
8. 8.) Sendevorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,dadurch ge kennzeichnet , daß die die Sinusschwingung herleitende und sie mit dem Videosignal multiplizierende Schaltung (24) ein erstes Filter enthält, welches vor dem Multiplizieren aus dem Videosignal die Basi-sbandspektra entfernt, sowie ein zv/eites Filter zum Begrenzen der Bandbreite des durch das Multiplizieren resultierenden Signals auf ein Band um die Sendeträgerfrequenz.

   409846/0672

   Leerseite