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Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Video signalen auf
Bildfilmen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufzeichnung von Video signalen
BAS und FBAS auf Bildfilmen.
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Die bekannten und bislang angewandten Aufzeichnungsverfahren bestehen
darin, daß von einem Videosignalgeber abgegebene Schwarz-Weiß-Videosignale BAS oder
Farbvideosignale FBAS entweder magnetisch auf einem Magnetband oder mechanisch auf
einer Platte aufgezeichnet bzw. gespeichert werden. Das Verfahren der magnetischen
Bildaufzeichnung benötigt sowohl zur Aufzeichnung der Videosignale als auch zu deren
Wiedergabe einen großen Aufwand an Apparaten, deren betriebswichtige Teile- z. B.
die rotierenden Magnetköpfe - außerdem noch einem großen Verschleiß unterworfen
sind und. damit auch im Heiingebrauch laufend hohe Betriebskosten verursachen. Weiterhin
bereitet es z. Zt. noch große Schwierigkeitenvervielwältigungen von magnetischen
Bildaufzeichnungen in einem größeren Umfange nach einem einfachen und rationellen
Verfahren preisgünstig herzustellen. Von der mechanisch abzutastenden Bildplatte
können
wegen des großen apparativen Aufwandes im Heimgebrauch keine eigenen Aufnahmen hergestellt
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufzeichnung
von fernsehmäßig aufgenommenen und/oder wiedergegebenen Video signalen BAS und FBAS
(Schwarz-Weiß-Bildsignalen und Farbbildsignalen) auf einem feinkörnigen Bildfilm
z. B.
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35 nun oder 16 mm- Bildfilm zu entwickeln, das auch für den auch Heimgebrauch
sowohl für Aufnahme als»Wiedergabe geeignet ist und bei dem betriebswichtige Teile
der Aufzeichnung- und Wiedergabeeinrichtung nur geringem laufenden Verschleiß ausgesetzt
sind. Weiterhin sollen von den gespeicherten Videosignalen im konventionellen Entwicklungs-
oder Druckverfahren preisgünstige Massenkopien hergestellt werden können.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß aufnahmeseitig ein Videofrequenzen
bis maximal fg NHz übertragendes Schwarz-Weiß-Video signal BAS zunächst von einem
mit der Schaltfrequenz fs < 2fg schaltenden, elektronischen Schalter in eine
schaltfrequente Folge von Video-Analogsignalen VA und dann von einem Pulscodemodulator
in eine gleichfrequente Folge von mindestens 16 quantisierten und digitalisierten
Amplitudenwerten der Video-Analogsignale VA zugeordneten mindestens 4 bit-Codewörtern
Vc umgewandelt wird und daß eine in an sich bekannter Weise über ein synchron und
konphas mit der Schaltfrequenz fs umlaufendes, elektronisches Schieberegister den
mindestens 4 Coder-Ausgängen des Pulscodemodulators nachgeschaltete und mit
einer
definierten Frequenz fH horizontal abgelenkte steuerbare Lichtquelle ( z. B. Laser
oder Braun'sche Röhre) von jedem den Wert "1" übertragenden bit (H-Signal) der ihm
zugeführten mindestens 4 bit-Codewörter VC jeweils für dessen Dauer hellgetastet
wird und mit ihrem jeweils hellgetasteten Lichtstrahl S einen an ihr mit einer vorbestimmten
Bandgeschwindigkeit vorbeigeführten Bildfilm belichtet und daß zur Wiedergabe der
Video signale BAS eine synchron und konphas mit der aufnahmeseitigen steuerbaren
Lichtquelle horizontal abgelenkte und dauernd hellgeschaltete steuerbare Lichtquelle,
die auf dem an ihr vorbeigeführten Bildfilm gespeicherten Codewörter VC zeilenweise
wieder abtastet und eine Fotozelle die abgetasteten, optischen mindestens 4 bit-Codewörter
Vc wieder in elektrische mindestens 4 bit-Codewörter zurückverwandelt und diese
zur Decodierung einem getakteten Serien/Parallel- und Digitalanalogwandler zuführt,
wobei die synchrone und konphase Steuerung der Abtastung der aufgezeichneten Codewörter
VC sowie der Decodierung der abgetasteten und optischelektrisch umgewandelten Codewörter
Vc vorzugsweise mit Hilfe eines Steuerbits erfolgt, das vor Beginn jeder Zeile auf
dem Bildfilm aufgezeichnet wird.
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Die bei der Aufzeichnung von Farbvideosignalen FBAS zu verwendende
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß bei Farbvideosignalen
FBAS das Leuchtdichte-Signal L und das Farbart-Signal FA getrennt bzw. parallel
in je eine
takttrequente Folge von aus je mindestens 4 bits bestehenden
Codewörtern LC u. LFA umgewandelt werden und daß die beiden gleichzeitig anliegenden
Codewörterfolgen LC u. FAC zur elektrisch-optischen Umwandlung in optische Codewörter
gleicher bit-Zahl sowie zu deren Aufzeichnung auf ein- und demselben Bildfilmstreifen
entweder gleichzeitig je einer synchron und konphas zur Zeilenfrequenz des Farbvideosignales
FBAS abgelenkten, steuerbaren Lichtquelle oder mit der Zeilenfrequenz des Farbvideosignales
FBAS wiederkehrend abwechselnd jeweils für die Dauer der halben Zeilenfrequenz der
gleichen steuerbaren Lichtquelle zugeführt werden.
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Hochempfindliches, feinkörniges 35 mm- und 16 mm Bildfilmmaterial
ist bekanntlich, bedingt durch die Trägheit des chemischen Umwandlungsprozesses
(Schwärzungsprozesses) nur in der Lage niederfrequenteßz. B. tonfrequentenicht aber
die bei der elektrisch-optischen Umwandlung von Video signalen entstehenden videofrequenten
Helligkeitsschwankungen eines Lichtstrahles aufzulösen. Der Erfindung liegt die
durch Versuche erhärtete und bestätigte Erkenntnis zugrunde, daß es möglich ist,handelsübliches
Filmmaterial durch Lichtimpulse mit einer Dauer '10 7 sec so zu schwärzen, daß mehr
als 60 Linien pro mm aufgelöst werden. Es ist bekannt, daß diese Lichtimpulse bei
handelsüblichem 35 mm- Filmmaterial eine Nodulationstiefe von ca. 90 % und bei handelsüblichem
16 mm-Filmmaterial eine Modulationstiefe von ca. 50 , bewirken, die eine einwandfreie
Wiedergabe der aufgezeichneten Lichtimpulse
bzw. der von den Lichtimpulsen
belichteten Bildpunkten gewährleistet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren verwertet die genannte Fähigkeit von
35 mm- und 16 mm- Bildfilmmaterial, Lichtimpulse 1O7sec -und damit auch elektrische
Signale mit einer Impulsdauer <10 7sec und mit kontanter, definierter Amplitude,
in der Weise zur Aufzeichnung von Video signalen auf einem Bildfilm, daß das Video
signal vor seiner elektrisch-optischen Umwandlung in eine Folge von digitalen, definierte
(quantisierte) Amplitudenwerte des Videosignales binär codiert übertragende Signale
gleicher Dauer und Amplitude umgewandelt wird, die nach erfolgter elektrischoptischer
Umwandlung in eine gleichfrequente Folge von Lichtimpulsen gleicher Dauer und Intensität
auf-einem mit definierter Bandgeschwindigkeit ablaufenden Bildfilmstreifen aufgezeichnet
werden.
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Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand
der Abb. 1 bis 3 näher erläutert, wobei die Abb. 1 und 2 zur Erläuterung der Aufzeichnung
und Wiedergabe von Schwarz-Weiß-Video signalen BAS und die Abb. 3 zur Erläuterung
der bei Farbvideosignalen FBAS anzuwendenden Varianten des erfindung sg emäß en
Verfahrens dienen.
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Wie in dem Blockschaltbild Abb. ia schematisch dargestellt ist, werden
Video signale BAS (Schwarz-Weiß-Bildsignale) zunächst, d. h. vor der Digitalisierung
und binären Codierung ihrer zwischen dem Schwarz- und Weißpegelwert schwankenden
Amplivudenwerte mit Hilfe eines elektronischen Schalters 1 (Pulsamplitudenmodulator),
dessen Schaltfrequenz fs L 2fg nach der Informationstheorie, d. h. zur Erfassung
der videofrequenten Amplitudenschwankungen, doppelt so groß wie die höchste vom
Videosignal BAS übertragene, d. h. von dessen Geber aufgelöste Videofrequenz fg
beessen ist, in eine sohaltfrequente Folge von Video-Analogsignalen VA umgewandelt.
(Löst der Bildsignalgeber, z. B. das Videofrequenzspektrum bis 2,5 MHz auf, dann
ist die Schaltfrequenz f5 mit fs = 5 NHz oder einem Vielfachen der Zeilenfrequenz,
z. B. 15625 x 320 = 5,00 NHz zu bemessen.
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Die digitale Zerlegung der proportional mit der Amplitude des Videosignales
BAS schwankenden bzw. sich verändernden Amplituden der Video-Analogsignale VA in
mindestens 16 Signale gleicher Amplitude und Dauer sowie deren binären Codierung
zu mindestens 4 bit-Codewörtern Vc, erfolgt in an sich bekannter Weise mit Hilfe
eines dem elektronischen Schalter 1 nachgeschalteten Pulscodemodulators 2, der in
an sich bekannter Weise den Amplitudenbereich der Analogsignale VA in mindestens
16 quantisierte Amplitudenwerte bzw. Stufen zerlegt und diese digital in binär codierte
mindestens 4 bit-Codewörter umsetzt, die dem Videosignal BAS zugeordnet sind und
der dadurch die ihm zugeführte schaltfrequente Folge von Video-Analogsignalen VA
in eine gleichfrequente
Folge von mindestens 16 definierten Amplitudenwerten
der Analogsignale VA bzw. des Videosignales BAS zugeordneten mindestens 4 bit-Codewörter
VC umwandelt. Bei den folgenden Ausführungen wird zur Vereinfachung der Darstellung
von der Anwendung von nur 4 -bit-Codewörtern ausgegangen.
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Die 16 definierten Amplitudenwerte- bzw. Stufen der Video-Analogsignale
VA zugeordneten Codewörter Vc stellen die in vierstellige binäre Zahlenwerte, z.
B. 0001, 0010, 1111,umgewandelten, dekadischen Zahlen 1 bis 16 dar und bestehen
deshalb aus je 4, den 4 Stellen der binären Zahlen zugeordneten und deren jeweiligen
Zahlenwert "1" oder "0" anzeigenden bits, wobei die den Wert "1" anzeigenden bits
logische H-Werte, d. h.
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digitale Signale gleicher, definierter Amplitude sind, während die
den binären Wert "0" anzeigenden bits mit der Amplitude 0 Volt an den ihnen jeweils
zugeordneten Ausgängen des Pulscodemodulators 2 anliegende L - Signale sind.
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In optische Lichtimpulse umgewandelt werden von jedem Codewort Vc
jeweils nur die den Wert "1" übertragenden bits. Auf einem Bildfilm 6 (Abb. Ib)
werden von jedem Codewort Vc die 4 H- oder L-Signale in der Weise aufgezeichnet,
daß ein synchron unikonphas mit der Schalt frequenz fs des elektronischen Schalters
1 umlaufendes und 9n jedem Umlauf die an den 4 Ausgängen des Pulscodemodulators
2 parallel anliegenden Signale aufeinanderfolgend abtastendes, elektronisches Schieberegister
3 die 4 H- oder L-Signale jedes Codewortes VC jeweils nacheinander abtastet und
diese
in der zeitlichen Reihenfolge sowie mit den zeitlichen Abständen ihrer Abtastung
einer steuerbaren Lichtquelle 4 zuführt, die von jedem ihr zugeführten H-Signal
für die Dauer seiner Abtastung hellgetastet wird und die, wie in Abb. 1b dargestellt
ist, mit ihrem jeweils für die Dauer eines H-Signales hellgetasteten sowie mit einer
definierten Ablenkfrequenz fH horizontal abgelenkten und mittels einer Optik 5 gebündelten
Lichtstrahls S einen an ihr mit einer definierten Geschwindigkeit vorbeigeführten
Filmstreifen 6 belichtet.
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Der Filmstreifen 6 ist mit seiner Langsachse senkrecht zur horizontalen
Ablenkebene des Lichtstrahles S angeordnet, so daß die vom erfindungsgemäß hellgetasteten
Lichtstrahlen S während einer horizontalen Ablenkperiode belichteten oder unbelichteten
Punkte des Bildfilmes 6 in einer quer zu dessen Längsachse liegenden Linie bzw.
Zeile angeordnet sind.
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Wird die horizontale Ablenkfrequenz fH des Lichtstrahles S der steuerbaren
Lichtquelle 4 gleich der normgerechten Zeilenfrequenz 25 x 625 Hz = 15625 Hz des
aufzuzeichnenden BAS bemessen und wird sie außerdem synchron und konphas zu dieser
gesteuert, dann enthält jede von dem in der beschriebenen Weise hellgetasteten Lichtstrahl
S auf dem Filmstreifen 6 quer zu dessen Längsrichtung geschriebene Zeile 7 die aus
einem Zeilensignal des aufzeichnenden Videosignales BAS abgeleiteten, aus Je 4 bit
bestehenden Codewörter Vc bzw. deren in belichtete oder unbelichtete Punkte umgewandelte
H- oder L-Signale bzw. binären "1" oder "O" Werte.
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Bei einer Schaltfrequenz fs des elektronischen Schalters 1 von z.
B, fs = 2 fg = 5 MHz wird das Videosignal BAS in eine 5 FEz = Folge von 4 bit-Codewörtern
bzw. in eine 20 NHz I Folge von bits (H- und L-Signalen) und damit ein Zeilensignal
des Videosignales BAS in 5.106 : 15625 ns 320 Codewörter bzw. in 4 x 320 1280 bits
umgewandelt. Eine von dem mit der Zeilenfrequenz 15625 Hz horizontal abgelenkten
Lichtstrahl S der steuerbaren Lichtquelle geschriebene Zeile enthält somit maximal
1280 nebeneinanderliegende belichtete oder unbelichtete Punkte. Bei einem 35 mm
Bildfilm 6 beträgt die Aufzeichnungslänge einer (quer zur Längsrichtung verlaufenden)
Zeile 25,7 mm,so daß in jeder Zeile pro mm Aufzeichnungslänge 1280 : 25,7 ss 50
bits aufgezeichnet werden, d. h. maximal 50 belichtete oder unbelichtete Punkte
enthalten sind, die wie bereits oben erwähnt einwandfrei wiedergegeben werden können.
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Bei gleicher Abtastgeschwindigkeit in horizontaler und vertikaler
Richtung kann, analog der erläuterten bit-Dichte von 50 bits pro mm Aufzeichnungs-
bzw. Zeilenlänge, auch die Zeilendichte 50 Zeilen pro mm sein. Bei einer mit der
Zeilenfrequenz 15625 Hz des Videosignales horizontal abgelenkten steuerbaren Lichtquelle
ergibt sich für einen 35 mm Bildstreifen 6 damit eine Laufgeschwindigkeit der Größe
15625 : 50 = 312,5 mm pro sec. oder 'ss 52 cm pro sec.
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Die Wiedergabe der auf dem Filmstreifen 6 aufgenommenen, binär codierten
Video signale kann, wie in der Abb. 2 schematisch darzur gestellt ist, mit derVAufzeichnung
verwendeten steuerbaren
Lichtquelle 4 und der Optik 5 durchgeführt
werden. Die auf dem Bildfilm 6 aufgezeichneten Zeilen 7 (Codewörter) werden Zeile
für Zeile von dem dauernd hellgeschalteten Lichtstrahl 5 abgetastet.
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Die Abtastung erfolgt mit der Zeilenfrequenz des Videosignales BAS,
d. h. mit der aufnahmeseitigen Ablenkfrequenz der steuerbaren Lichtquelle 6 (Abb.
1) und wird synchron und konphas zu dieser durch das vor Beginn jeder Zeile aufgezeichnete
Steuerbit in bekannter Weise gesteuert. Zur optisch-elektrischen Umwandlung der
vom Lichtstrahl S aus den belichteten und unbelichteten Punkten abgetasteten Codewörter
in elektrische Codewörter ist hinter dem Bildfilm 6 eine Fotozelle 9 angeordnet.
Die von dieser Fotozelle 9 seriell ausgegebenen Codewörter werden in einem nacngeschalteten,
getakteten Serien/Parallelwandler und Digitalanalogwandler 10 in bekannter Weise
in parallel anliegende Codewörter umgewandelt und decodiert, d. h. die dem Digitalanalogwandler
zugeführten Codewörter werden wieder in das ursprüngliche Videosignal zurückverwandelt.
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Der Serien/Parallelwandler und der Decoder des Digitalanalogwandlers
10 wird dabei in an sich bekannter Weise synchron und konphas zur Taktfrequenz des
aufnahmeseitigen Pulscodemodulators 2, d. h. synchron und konphas zur Schaltfrequenz
fs des aufnahmeseitigen Schalters 1 bzw. zu der mit dieser identischen Umlauffrequenz
des elektronischen Schieberegisters 3 gesteuert, z. B. in der Weise,
daß
entsprechende Synchronisiersignale aus dem vor Beginn jeder Zeile aufgezeichneten
Steuerbit abgeleitet werden. Zweckmäßig und vorteilhaft ist es die Schaltfrequenz
fs Z B. gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Zeilenfrequenz des Videosignales
zu bemessen, so daß sie bei der Wiedergabe ebenfalls aus dem Steuerbit abgeleitet
werden kann.
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Die zur Aufzeichnung von Farbvideosignalen FBAS anzuwendende Variante
der Erfindung ergibt sich daraus, daß die Zeilensignale der Farbvideosignale aus
zwei gleichzeitig auftretenden Signalen, dem Leuchtdichtesignal L und dem Farbartsignal
FA bestehen. Beide Signale L und FA werden getrennt in der z. B. anhand der Abb.
la beschriebenen Weise in je -eine schaltfrequente Folge LC von aus mindestens n
= 4 bits bestehenden Codewörter bzw. in je eine Folge von mit der n-fachen Schaltfrequenz
fs auftretenden bits umgewandelt.
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Wie in der Abb. 3 schematisch dargestellt ist besteht eine Möglichkeit
der elektrisch-optischen Umwandlung der beiden gleichzeitig und parallel aus dem
Farbvideosignale FBAS erzeugten Codewörier-bzw. bit-Folgen LC und FAC in optische
Codewörter- bzw. bit-Folgen gleicher bit-Zahl bzw. gleicher bit-Folgefrequenz erfindungsgemäß
darin, daß beide Folgen LC und FAC je einer synchron und konphas mit der Zeilenfrequenz
fH = 15625 Hz des Farbvideosignales FBAS horizontal abgelenkten, steuerbaren Lichtquelle
11 zugeführt werden.
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Hierbei sind.die beiden steuerbaren Lichtquellen 11 und 12 so
zueinander
sowie zu einem an ihnen vorbeigeführten Bildfilmstreifen 13 angeordnet, daß ihre
Lichtstrahlen S1 und S2 in derselben senkrecht auf der Längsachse bzw. Längsebene
des Filmstreifens 13 stehenden Ebene horizontal abgelenkt werden und daß die beiden
aus dem Leuchtdichtesignale und dem Farbartsignal eines Zeilensignales des Farbvideosignaies
FBAS abgeleiteten 4 bit-Codewörterfolgen LC und FAC von den beiden steuerbaren Lichtquellen
11 und 12 auf dem Bildfilm 13 in ein- und derselben quer zu dessen Längsrichtung
verlaufenden Zeile nebeneinanderliegend aufgezeichnet werden.
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Analog erfolgt die Wiedergabe der aufgezeichneten Farbvideosignale,
d. h. Leuchtdichte und Farbwertsignäe mit Hilfe von zwei steuerbaren Lichtquellen
und zwei Fotozellen sowie ihre wiedergabeseitige Decodierung mit Hilfe von zwei
getakteten Serien/Parallel- und Digitalanalogwandlern.
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Die andere Lö3ungsmöglichkeit ist, die beiden in der beschriebenen
Weise parallel und getrennt aus dem Leuchtdichte- und Farbartsignal des Farbvideosignales
FBAS abgeleiteten Codewörter- bzw.
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bit-Folgen Le und FAC mit Hilfe nur einer steuerbaren Lichtquelle
elektrisch-optisch umzuwandeln und auf einem Bildfilmstreifen aufzuzeichnen. Bei
diesem Verfahren werden die beiden Codewförter-bzw. bit-Folgen LC und zunächst getrennt
in je einem Speicher mit der Zeilenfrequenz des Farbvideosignales BAS synchron und
konphas-wiederkehrend jeweils für die Dauer einer Farbvideosigna -Zeile gespeichert
und dann aus den beiden Speichern jeweils in der
halben Zeilenzeit
und aufeinanderfolgend wieder ausgelesen und über einen mit der doppelten Zeilenfrequenz
schaltenden, elektronischen Umschalter auf eine steuerbare Lichtquelle geschaltet
und von dieser Jeweils nacheinander auf einem Bildfilmstreifen aufgezeichnet.
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Die Wiedergabe erfolgt analog der Aufzeichnung. Die von der Fotozelle
wieder in Stromimpulse umgewandelten Codewörter werden je nach ihrer Zuordnung zum
Leuchtdichte- oder Farbarzt signal über einen elektronischen Schalter auf je einem
Speicher für das L- oder FA-Signal geschaltet und in bekannter Weise mit der Zeilenfrequenz
gleichzeitig ausgelesen, so daß die Codewörter des Leuchtdichte- und Farbartsignales
von den beiden Speichern parallel ausgegeben werden. Die weitere Decodierung erfolgt
mit Hilfe von zwei getakteten Serien/Parallel-und Digitalanalogwandlern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesonder folgende Vorteile.
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Es ermöglicht Farb- und Schwarz-Weiß-Videosignale mit einem geringen
Aufwand und mit einer hohen Auflösung ihres Frequenzspektrums auf handelsüblichen,
feinkörnigen, hochempfindlichen Bildfilmmaterial aufzuzeichnen und wiederzugeben.
Die Übertragungsqualität kann noch erhöht werden, wenn Filmmaterial entwickelt wird,
das sowohl von der Emulsion als auch von der Entwicklung her wesentlich steiler
als das handelsübliche 35 mm- oder 16 mm- Filmmaterial ist, d. h. eine mögiichst
geringe Grauabstufung zwischen Schwarz- und Weiß hat.
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Die Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtung hat nur wenige- dem Verschleiß
unterworfene betriebswichtige Teile.
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Von einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Videosignalaufzeichnung
können in unbeschränkter Zahl Einzelkopien mit dem von der Filmtechnik her bekannten
Verfahren hergestellt werden. Massenkopien können durch Bedrucken einer transparenten
Folie mit den binär codierten digitalen Signalen angefertigt werden, wobei zur rationellen
Gestaltung des Druckverfahrens bzw. Kopierverfahrens bei der Herstellung der Druckmatrize
auch die zur Wiedergabe erforderlichen und optisch aufgezeichneten Synchronisierverfahren
mit in das Druckverfahren einbezogen werden.
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- Patentansprüche -