DE2420830C2

DE2420830C2 - Verfahren und Anordnung zur Bandbreitenkompression eines Videosignals

Info

Publication number: DE2420830C2
Application number: DE2420830A
Authority: DE
Inventors: Roy Walter Denver Col. Lewallen; Glen Rae Boulder Col. Southworth; John Earl Boulder Col. Sparks
Original assignee: COLORADO VIDEO Inc BOULDER COL US
Current assignee: COLORADO VIDEO Inc BOULDER COL US
Priority date: 1973-04-30
Filing date: 1974-04-30
Publication date: 1983-05-19
Also published as: DE2420830A1; JPS5017123A; SE388992B; GB1457142A; JPS5841712B2; US3950607A

Description

Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Pufferspeicher mit Anaiogscbieberegister (232,234) vorgesehen sind und daß eine Taktgebereinheit (72) die Abtastsignale der einen von zwei aufeinanderfolgenden Gruppen in den einen Pufferspeicher (232) und die Abtastsignale der anderen Gruppe in den anderen Pufferspeicher (234) einschreibt, daß die beiden Pufferspeicher (232,234) über einen Analogschalter .mit dem Abtast- und Haltekreis (228) verbunden sind und daß die Taktgebereinheit (72) ι ο und der Analogschalter die gespeicherten Abtastsignale abwechselnd aus den Pufferspeichern (232, 234) auslesen.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anoidnung zur Bandbreitenkompression eines Videosignais, das eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Abtastfeldern aufweist, bei dem aus einem Eingangsvideosignal aufeinanderfolgende Gruppen von seriell übertragenen Abtastsignalen erzeugt werden, wobei jede Gruppe mit einem entsprechenden Feld des Videosignals korrespondiert und jedes Abtastsignal in jeder Gruppe die Größe der jeweiligen Abtastung, bezogen auf eine zugehörige Horizontalzeile des zu dieser Gruppe korrespondierenden Feldes wiedergibt und bei dem die Abtastsignale in einen Speicher eingeschrieben werden.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Anordnung sind aus der US-PS 36 83 111 bekannt, bei der ein ausgewählter Bildpunkt in jeder Zeile eines Feldes des Videosignals abgetastet wird. Bei diesem bekannten Abtastvertahren zur Erzeugung schmalbandiger Videosignale werden die Videosignale in einer Kamera oder in der mit Echtzeitfrequenzen arbeitenden Abtasteinrichtung erzeugt und die Bandbreite wird dadurch reduziert, daß das Videosignal im Abtastverfahren mit wesentlich kleinerer Frequenz im Vergleich zur Einlesefrequenz abgetastet wird. Ein derartiges Verfahren ist unter anderem auch in dem Aufsatz »Slow-Scan Adapter for Conventional TV Signals«, Verfasser: Altes und Reed, erschienen im Electrtnics Magazine, Juni, 1957, und in den US-PS 29 55 159, 32 84 567 beschrieben.

Die DE-AS 19 07 700 betrifft ein Verfahren, bei dem das zu übertragende Videosignal des gesamten Einzelbildes bildpunktweise abgetastet wird, die Bildpunkte in digitale Signale umgewandelt und in einem Magnetbandspeicher aufgezeichnet werden. Das Bild wird dann beliebig oft von dem Magnetbandspeicher reproduziert und eine ausgewählte Abfrage in jeder Zeile des Einzelbildes während jedes Abfragezyklusses ausgelesen. Diese Abfrage schreitet längs der Abtastzeile mit jedem Zyklus fort. Das ausgelesene digitale Signal wird zeitmäßig gedehnt, um die Bandbreite zu verringern und zu einer Station fernübertragen, in der das Einzelbild durch einen zum Einlesen umgekehrten Vorgang rekonstruiert wird. Somit wird bei diesem bekannten Verfahren jedes Einzelbild vollständig abgetastet und die gesamte Information des Einzelbildes während eines Zeitintervalles übertragen, das um etliche Größenordnungen größer ist als die für die effektive Abtastung dc> Einzelbildes erforderliche Zeit.

Die Umsetzung breitbandiger Signale in schmalbandige Signale dient der leichteren Verarbeitung der resultierenden Signale, da diese mit geringerem Aufwand fernObertragen werden können. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, breitbandige Videosignale, wie beispielsweise Echtzeit-Videosignale, in schmä'bandige Signale umzusetzen, damit die Information über vorhandene Leitungen wie Fernsprechleitungen kosten günstig übertragen werden kann, deren Installationsund Betrieoskosten im Vergleich zu den für eine Breitbandübertragung erforderlichen Koaxialkabeloder Microwellenübertragungsstrecken niedriger sind.

Schmalbandige Videosignale können durch Verwendung von Spezialkameras oder Abtasteinrichtungen erzeugt werden, die geringe Zeilenfrequenz und Vollbildfrequenz besitzen. Geräte, die nach dieser Technik arbeiten, besitzen allerdings einige unerwünschte Eigenschaften und werfen bezüglich ihrer Verwendbarkeit, ihrer Stabilität und ihres Störabstands sowie bezüglich der Monitortechnik Probleme auf. Die werden zum größten Teil durch Verfahren und Vorrichtungen überwunden, die n<«ch einem Abtastverfahren arbeiten, jedoch eignen sicti diese nicht in befriedigender Weise für alle beabsichtigten Verwendungszwecke. Für die Ausführung des Abtastverfahrens sind im allgemeinen Änderungen in der Kamera erforderlich und darüber hinaus ist noch gefordert, daß die Ausgangsdaten Frequenzen aufweisen, die mit der Abtastfrequenz übereinstimmen. Dabei ist im allgemeinen auch die Abtastung eines Zwischenpunktes erforderlich, um die Bandbreite auf die Größe der Bandbreiten von Fernsprechleitungen zu komprimieren, wodurch die Kompatibität der bekannten vorhandenen Widergabeeinrichtungen in Frage gestellt ist Von Nachteil ist auch, daß eine spezielle Synchronisierschaltung im Empfänger erforderlich ist und Überlagerungsstörungen auftreten können, die, sofern sie in den Übertragungskreisen erzeugt werden, zu Mehrfachgeisterbildern führen.

Wird die Information von beiden Halbbildern eines im Zeilensprungsverfahren erzeugten Eingangssignals verarbeitet, so sind derartige Vorrichtungen häufig nicht in der Lage, ein kontinuierliches, nicht verflochtenes Ausgangssignal zu liefern.

Aufgabe der Erfindung ist es, die voranstehend beschriebenen Nachteile und Probleme zu vermeiden und ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die nach einem Abtastverfahren arbeitet, bei dem zusätzliche Zeit für die Dehnung der auszulesenden Signale gewonnen wird, ohne daß Dehnungseinheiten od. dgl. Schaltungen erforderlich sind, die Anlaß zu Signalstörungen sein könntn.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß nur bestimmte Felder für die Abtastung und das Auslesen der gespeicherten Abtastsignale aus dem Speicher mit einer Geschwindigkeit Heiner u\s die Einschreibgeschwindigkeit ausgewählt werden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das eine schmalere Bandbreite als das Eingangsvideosignal aufweist.

Eine erste Anordnung zur Bandbreitenkompression eines Videosignals nach dem voranstehend angegebenen Verfahren, bei der ein Abtast- und Haltekreis für den Empfang eines Eingangsvideosifjnals und zum Erzeugen von aufeinanderfolgenden Gruppen von seriell übertragenen Abtastsignalen vorgesehen ist, wobei jede Grup(.v mit einem entsprechenden Feld des Videosignals korresponidert und jedes Abtastsignal in jeder Gruppe die Größe der jeweiligen Abtastung, bezogen auf eine zugehörige Horizontalzeile des zu

dieser Gruppe korrespondierenden Feldes wiedergibt, mit einer signalverarbeitenden Schaltung für die Videobandbreitenkompression, die mit dem Abtast- und Haltekreis verbunden ist, und die Abtastsignale empfängt, mit einem Pufferspeicher, der mit einer Taktgebereinheit zum Einschreiben der Abtastsignale in den Pufferspeicher in Verbindung steht, aus dem die gespeicherten Abtastsignale ausgelesen werden, zeichnet sich dadurch aus, daß die Taktgebereinheit nur die Abtastsignale bestimmter Gruppen in den Pufferspeicher einliest und diese Signale aus dem Pufferspeicher mit einer Geschwindigkeit kleiner als die Einschreibgeschwindigkeit ausliest, so daß ein Ausgangssignal mit einer schmaleren Bandbreite als diejenige des Eingangsvideosignals erzeugt wird.

Eine weitere Anordnung ist im Anspruch 9 angegeben.

Die vorteilhafte Ausgestaltung der ersten Ausführungsform der Anordnung ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 3 bis 8 und 10.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß durch die Auswahl von vorgegebenen Feldern für die Abtastung mehr Zeit für das Dehnen des auszulesenden Signals aus dem Speicher gewonnen wird und daß die unterschiedlichen Geschwindigkeiten beim Ein- und Auslesen in den und aus dem Speicher automatisch die Signale dehnen, ohne daß hierfür der Schaltungsaufwand beispielsweise durch zusätzliche Dehnungseinheiten vergrößert werden muß.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erzeugung eines schmalbandigen Ausgangssignals, die eine Vorrichtung zur handbreiten Kompression nach der Erfindung enthält,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur handbreiten Kompression.

F i g. 3A - 3J mehrere typische Signalformen, die den zeitlichen Verlauf zwischen den verschiedenen Signalen der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung wiedergeben.

F i g. 3K das Ausgangssignal des Analogschieberegisters an der in Fig. 10 mit K bezeichneten Stelle: der Zeitmaßstab ist derselbe wie für die in den F i g. 3A bis 3j dargestellten Signalverläufe,

F i g. 4 mehrere typische Signalverläufe, die Einzelheiten der in F i g. 3 gezeigten Signalverläufe angeben.

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Bandbreitenkompression.

Fig. 6 mehrere typische Signalverläufe, die den zeitlichen Ablauf zwischen verschiedenen Signalen der in F i g. 5 abgebildeten Vorrichtung wiedergeben,

F i g. 7 einen Pufferspeicher, der in der Vorrichtung zur Bandbreitenkompression einsetzbar ist,

F i g. 8 eine Taktgebereinheit und eine »Teile-Durch-Siebene-Einheit, die in der Vorrichtung zur Bandbreitenkompression einsetzbar sind,

Fig.9 einen Digital/Analogkonverter, der in der Vorrichtung zur Bandbreitenkompression verwendbar ist,

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung, bei der ein Analogschieberegister als Pufferspeicherlement eingesetzt ist, und

Fig. 11 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der in F i g. 5 gezeigten Vorrichtung, bei der Analogschieberegister als Pufferspeicherelemente eingesetzt sind.

F i g. 1 gibt eine Gesamtdarstellung einer Vorrichtung zur Bandbreitenkompression in vereinfachter Form wieder. Ein breitbandiges Videosignal, welches z. B. aus einer bekannten Videoquelle, wie z. B. einer TV-Kamera (nicht dargestellt) gewonnen wird, wird über eine Klemmschaltung 4 an einen Abtast- und Haltekreis 5 geführt. Das Ausgangssignal des Abtast- und Haltekreises 5 besteht aus einem getasteten Videosignal, welches ίο über die Leitung 6 der Vorrichtung zur Bandbreitenkompression 7 zugeführt wird. Das breitbandige Video-Eingangssignal wird außerdem einem Amplitudensieb 9 zugeführt, lessen Ausgang mit der Horizontalsteuereinheit 10 und der Vertikalsteuereinheit Il is verbunden ist, die über die Leitungen 14 und 15 der Vorrichtung 7 ein Ausgangssignal zuführen. Zusätzlich wird das Ausgangssignal der Horizontalsteuereinheit 10 der Klemmschaltung 4 und dem Impulsgenerator 18 zugeführt. Die Schaltung liefert also der Vorrichtung zur Bandbreitenkompression drei CingangssigMalc, nämlich das getastete Videoeingangssignal (vom Abtast- und Haltekreis 5, über die Leitung 6). das horizontale Synchronsignal (über die Leitung 14 von der Horizontalsteuereinheit 10) und ein Vertikalsynchronsignal (über die Leitung 15 von der Vertikalsteuereinheit 11). Die diese Eingangssignale erzeugenden Schaltungen sind ausführlich in der US-PS 36 83 111 beschrieben.

Das Abtastverfahren (Sampling) bekannter Art ermöglich! in seiner einfachsten l'orm, ohne Punktsprung, eine Bandbreitenkompression auf 8 kHz für das amerikanische 525-Zeilen-Fernsehsystem und das europäische 625-Zeilen-Fernsehsystem. Die gemäß dieser Erfindung beschriebene Vorrichtung ist so ausgelegt, daß sie eine weitere Kompression der Bandbreite bis auf J5 etwa 1 kHz ermöglicht und dadurch mit weniger teuren Übertragungsleitungen, z.B. konventionellen Fernsprechleitungen, kompatibel ist. Dabei stellt die Bandbreite von 1 kHz keinen Grenzwert dar und die Vorrichtung zur Bandbreitenkompression kann auch zur Signalkompression in andere Bandbreiten verwendet werden.

In der in Fig. 2 dargestellten Anordnung wird das getastete Video-Eingangssignal über die Leitung 6 einem Analog/Digitalkonverter 24 zugeführt. Wie in Fig.3A gezeigt ist, enthält das getastete Video-Signal normalerweise mehrere Ausgangssignale (in Fig. 3A mit 1 bis 12 bezeichnet). Der Analog/Digitalkonverter 24 setzt das getastete Videosignal in einer durch das Horizontalsynchronsignal gesteuerten Horizontalperiode in eine parallele digitale Form um. Dabei hat sich die Umsetzung in 6 Bits (d. h. theoretisch in 64 grey-levels) als zufriedenstellende Anzahl erwiesen, aber es .vann auch eine andere Anzahl eingesetzt werden. Die Umsetzung in 6 Bits hat sich allerdings als vorteilhaft erwiesen, da sich eine kleinere Anzahl von Bits in einer Konturenbetonung des wiedergewonnen Bildes äußert, während eine größere Anzahl an Bits einen zusätzlichen Schaltungsaufwand mit sich bringt

Der Ausgang des Anaiog/Digitalwandlers 24 wird über mehrere Leitungen mit dem Eingang des Pufferspeichers 34 verbunden fm F i g. 6, in der 6 Bits verwendet werden, sind hierfür die mit 26 bis 31 bezeichneten Leitungen vorgesehen). Der Pufferspeicher 34 besteht aus /V L-Bit-Schieberegister, wobei N die Anzahl der Ausgänge des Analog-Digitalkonverters darstellt (in F i g. 2 ist N= 6\ und wobei L die Länge des oder die Anzahl der Speicherlelemente im Schieberegister bezeichnet (für ein amerikanisches Fernsehsystem

kann L = 256 betragen, wie in Fig.2 angedeutet). Obwohl auch Speicher mit direktem Zugriff (RAM-Speicher) oder andere digitale Speichereinheiten eingesetzt werden können, scheint die Verwendung von Schieberegistern die einfachste Realisierung darzustellen.

Die Länge L ist durch die Anzahl der horizontalen Abtastzeilen pro Halbbild des ursprünglichen Videosignals festgelegt (d. h. durch die Anzahl der Abtastpunkte pro vertikaler Samplespalte des getasteten Videosignals). L sollte größer als die Anzahl der aktiven (d. h. nicht ausgetasteten) Abtastzeilen aber Kleiner als die gesamte Anzahl der Abtastzeilen sein. Für das amerikanische Fernseh-Standardsystem (d. h. 525-Zeilen-System) bedeutet das, daß L größer als 242,5 und kleiner als 262,5 sein sollte. Für das europische Fernseh-Standardsystem (d. h. 625-Zeilensystem) sollte folglich L größer als 290 und kleiner als 312.5 sein. Das Einschreiben der Daten in die Pufferspeichereinheit und das Auslesen der Daten aus dieser Pufferspeichereinheit wird durch Verwendung von durch die Taktgebereinheit 36 erzeugten Taktimpulse erreicht, die über die Leitung 38 an das Schieberegister abgegeben werden, vgl. Fig. 2. Der Ausgang der Pufferspeichereinheit 34 ist über mehrere Leitungen (für die in F i g. 2 verwendeten 6 Bits stehen hierfür die mit 40 bis 45 bezeichneten Leitungen zur Verfugung) mit dem Digital/Analogkonverter 48 verbunden, der ein zweites Eingangssignal über die Leitung 50 von der Taktgebereinheit 36 erhält. Das Ausgangssignal des Digital-Analogkonverters wird über die Leitung 52 herausgeführt, dieses Ausgangssignal stellt ein analoges Signal dar, welches dieselben Amplitudenvariationen wie das getastete Videosignal besitzt, aber dessen Zeitachse im Verhältnis D zu 1 gestreckt ist, wobei Deine vorgegebene Sampling-Frequenz darstellt, die durch die Dividierschaltung 54 zusammen mit der Taktgebereinheit 36 bestimmt ist (Dividierschaltung 54 ist in Fig. 2 als eine Einheit dargestellt, die durch sieben teilt).

Wie in Fig. 2 weiterhin dargestellt ist, kann die Identifikation der Halbbilder innerhalb der Vorrichtung durch eine Halbbild-Identifikationseinheit 56 durchgeführt werden, die die Horizontal- und die Vertikalsynchronisiersignale zugeführt erhält, und deren Ausgangssignal über die Leitung 58 der Halbbild-Kodiereinheit 60 zugeführt wird, welcher außerdem über die Leitung 52 des Ausgangssignals des Digital/Analogkonverters zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Halbbild-Kodiereinheit 60 stellt ein schmalbandiges Ausgangssignal dar, welches über die Leitung 62 der Vorrichtung entnommen werden kann.

Die Arbeitsweise der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung zur Bandbreitenkompression läßt sich anhand der in F i g. 3 dargestellten typischen, schematischen Signalverläufe genauer erläutern. Nachdem ein externer Startimpuls über die Leitung 64 an die Taktgebereinheit 36 gelangt ist (vgl. Fig.3B), der besagt, daß die Samplingspalte über das Raster bewegt wird) spricht die Taktgebereinheit 35 erst an, wenn der nächste Vertikalsynchronimpuls erscheint Die Taktgebereinheit führt also eine Verzögerung für eine Zeitperiode durch, die kleiner als die horizontale Austastperiode ist (hierdurch kann z. B. eine Verzögerung von 16 H(H = die horizontale Zeilendauer) bewirkt werden, wie in F i g. 3C angegeben) anschließend erzeugt ein Taktimpuls ein Einschreibe-Torsignal, vgL F i g. 3D. Die in den Fig.3C und 4D dargestellte kurze Verzögerung von 16// ist erforderlich, um die 256 abgetasteten Speicherelemente zeitlich so zu positionieren, daß sie mit einem Austastvorgang starten und einem Austastvorgang enden.

Wenn die Einschreibe-Torschaltung auf ist, läßt sie Taktimpulse hindurch (vgl. Fig.3F), die von dem Horizontalsynchronsignal abgeleitet sind und mit der Horizontalfrequenz erzeugt werden, die gleich derjenigen Frequenz ist, mit der der Analog/Digitalkonverter betrieben wird. Die Taktgebereinheit zählt die Anzahl

ίο der Taktimpulse; sobald 256 Impulse erzeugt sind, wird die Einschreibe-Torschaltung geschlossen, um zu verhindern, daß weitere Taktimpulse mit der Horizontalfrequei:z hindurch gelangen. Die Pufferspeicher-Schieberegister sind dann voll und enthalten, in einer 6-Bit-Darstellung, die Amplitude von 246 Abtastpunkten von dem getasteten Videosignal Nr. 1.

Die Taktgebereinheit erwartet nun den nächsten Vertikalsynchronimpuls, d. h. denjenigen Synchronimpuls, der dem in Fig.3A mit der Nr. 3 bezeichneten, getasteten Videosignal vorausgeht. Zwischen dem Einschreibe-Torsignal und dem Lese-Torsignal entsteht daher ein Zeitintervall, welches zur Kodierung des Ausgangssignals hinsichtlich des Zeilensprunges verwendet wird, wie noch näher erläutert wird. Die zeitliche Reihenfolge des Einschreibe-Torsignals, des vertikalen Austastsignals und des Vertikalsynchronsignals läßt sich anhand der Fig.4A bis 4D genauer erläutern. Die dort angegebenen Kurvenformen entsprechen dem in dem EIA-Standard RS-170 angegeberen Synchronsignalformat, es sei darauf hingewiesen, daß sich das Verfahren des Erfindungsgegenstandes aber auch bei anderen Formaten verwenden läßt.

Beim Empfang des dem mit Nr. 3 bezeichneten, getasteten Videosignals vorausgehenden Vertikalsynchronimpulses erzeugt die Taktgebereinheit ein Lese-Torsignal (vgl. F i g. 3E). Dieses Signal läßt durch eine Torschaltung ein Taktimpulssignal passieren, welches aus dem Horizontalsynchronsignal durch Division mit dem Faktor D abgeleitet ist, der entsprechend der F i g. 2 gleich dem Wert 7 sein kann (die Einheit 54 wird auch als »Teile-durch-7«-Einheit bezeichnet).

Dieses Taktimpulssignal schiebt die Daten mit dieser neuen reduzierten Geschwindigkeit aus den Schieberegistern in den Digital/Analogkonverter (vgl. 3H). Der Digital/Analogkonverter wird über die Leitung 50 durch den von der Taktgebereinheit 36 erzeugten Lese-Torimpuls in betriebsfähigem Zustand versetzt und setzt die digitalen Daten wieder in ein Analogsignal um, welches dieselbe Amplitudencharakteristik besitzt wie das getastete Video-Eingangssignal, dessen Zeitmaßstab aber mit dem Faktor D gestreckt ist (D= 7, wie beispielhaft in Fig.2 gezeigt ist), vgl. Fig. 3H. Sobald die 256 Taktimpulse hindurchgelassen sind, wird die Lesetorschaltung wieder in geschlossenen Zustand versetzt und die Taktgebereinheit ist in Ruhestellung, bis der nächste Vertikalsynchronimpuls erscheint, bei dessen Eintreffen der Etnschreibe-Lesezyklus wiederholt wird. Die Wahl des Faktors D beeinflußt den Betrieb in verschiedener Weise. Wird eine ungerade Zahl gewählt, so wird aufgrund der zeitlichen Steuerung der Einschreibe-Torschaltung bei einem Einschreibevorgang aus einem Halbbild und beim nachfolgenden Einschreibevorgang vom anderen Halbbild Information eingeschrieben. Dieser Wechsel erfolgt automatisch für alle ungeraden D-Werte, die die Bedingung

SDH-LDH<SH

S- L

erfüllen, wobei 5 die Anzahl der Zeilen pro Halbbild ist, L die Anzahl der Speicherelemente pro Schieberegister angibt, D den Teilfaktor der Taktimpulse kennzeichnet und H die Zi.ilendauer darstellt. Aufgrund dieser Beziehung muß ζ. B. D kleiner als 40 sein, wenn 5 den Wert 262,5 und / des Rest 256 besitzen.

Wird eine gerade Zahl für den Faktor D gewählt, dann wird die Lese-Torschaltung automatisch in aufeinanderfolgenden Zyklen immer aus demselben Halbbild Information einschreiben, wobei das andere Halbbild dann nicht berücksichtigt wird. Die Wahl zwischen dem einen oder dem anderen Halbbild kann dann durch ein entsprechend geeignetes Vertikalsynchronsignal erreicht werden, wofür das Halbbild-Identifikatinnssignal iiher die in F i g. 2 gestrichelt eingetragene Leitung 63 eingesetzt wird. Der Faktor D muß auch in diesem Fall die Bedingung (2) erfüllen.

Die Wahl von D beeinflußt außerdem die Größe der erreichten Bandbreitenkompression. Durch das Abtas·- verfahren wird das breitbandige Video-Eingangssignal mit der Horizontalfrequenz abgetastet (die Frequenz ist tatsächlich aufgrund des Bildwechsels geringfügig kleiner als die Horizontalfrequenz), so daß die erzielbare Bandbreite des getasteten Signals (die Komponenten höchster Frequenz mit Bildinformation)

U_x = MlH (3)

beträgt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine weitere Bandbreitenkompression um den Faktor D, auf

10

1/2DH

erzielt. Einige typische Bandbreiten eines 525-Zeilen-Fernsehsystems sind im folgenden für verschiedene Faktoren D aufgelistet:

/η,αχ

2
3
4

5
6
7
8
9

10
11
21

3.938

2,625

1,969

1,575

1,312

1,125

984

875

788

716

375

Das Halbfeld (gerader oder ungerader Zeilcnsprung), von dem das Signal ausgetastet wurde, kann durch die Halbbild-Identifikationsschaltung bestimmt werden. Diese Art von Schaltung bestimmt die Position des Horizontalsynchronimpulses nach einem Vertikalintervall (und nach Ausgleichimpulsen, sofern diese vorhanden sind) und erkennt dadurch, ob das Halbfeld unmittelbar nach der vertikalen Austastung eine volle oder eine halbe Zeile besitzt

Diese Information kann dann verwendet werden, um die Haibbiidkodierung in das Austastintervall (dasjenige Intervall, in dem über die Leitung 50 kein Betätigungssignal anliegt) des Digital/Analogkonverterausgangssignals einzufügen.

(2) Die HalbbildkC'iiierung kann auf viele verschiedene

Weisen durchgeführt werden. Eine einfache Möglichkeit besteht darin, dem schmalbandigen Ausgangssignal einen Synchronimpuls hinzuzufügen, dessen Polarität demjenigen des Videosignals entgegengesetzt ist. und dessen Breite in Übereinstimmung mit dem Synchronidentifizierungssignal zu modulieren. Ein anderes Verfahren bestünde darin, einzelne oder mehrere Impulse in das Austastintervall einzufügen. Auf jeden Fall erlaubt es diese Kodierung dem Empfangsgerät, den Zustand des ankommenden, schmalbandigen Videosignals bezüglich des Zeilensprungzustandes zu identifizieren, so daß dieses Signal im Empfänger richtig angezeigt oder in einer anderen Weise zur Verfügung gestellt wird.

Eine veränderte Ausführungsform der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Diese Ausführungsform beruht auf demselben Grundkonzept (Analog/Digital-Umwandlung, digitale Speicherung mit einem Zweifrequenzen-Taktsignal und Digital/Analogumwandlung), durch die Hinzunahme eines weiteren Pufferspeicherelementes läßt sie sich aber auch zur Erzeugung eines Ausgangssignals reduzierter Bandbreite einsetzen, welches die Zeilensprungeigenschaften nicht mehr besitzt.

Das getastete Videosigna! (vgl. Fig. 6A) wird wiederum dem Analog/Digitalkonverter 24 zugeführt. der Ausgang dieses Konverters ist aber mit den Eingangsanschlüssen zweier identischer Pufferspeichereinheiten 34 und 70 verbunden. Das Einschreiben und das Auslesen der Daten in bzw. aus den Pufferspeichern wird durch Taktimpulse bewirkt, die von der Taktgebereinheit 72 in geeigneter Reihenfolge durch entsprechende Taktgebcrschaltungen den beiden Pufferspeichern zugeführt werden. Die Arbeitsweise der Taktgebereinheit läßt sich am besten anhand der in F i g. 6 dargestellten Kurvenverläufe erläutern. Nach dem Empfang eines Startimpulses (vgl. Fig. 6B) wartet die Taktgebereinheit den nächsten Vertikalsynchronimpuls ab, der einem in der Halbbild-identifikationseinheit 56 bestimmten, ungeraden Halbbild (vgl. Fig.6C und 6D) vorauseilt und erzeugt dann einen »ungeraden« Schreib-Torimpuls (vgl. F i g. 6E). Dieser Torimpuls läßt die von den Horizontalsynchronsignalen abgeleiteten, die Horizontalfrequenz besitzenden Taktimpulse in die Pufferspeichereinheit 34 gelangen (vgl. F i g. 6K). Der Pufferspeicher 34 wird dadurch mit Daten gefüllt, die für ein getastetes Videosignal eines ungeraden Halbbildes kennzeichnend sind. Die Taktgebereinheit zählt die Taktimpulse und setzt das Einschreibetor in den geschlossenen Zustand zurück, sobald 256 impulse gezählt wurden und verhindert auf diese Weise, daß weitere Taktimpulse in den Pufferspeicher 34 einlaufen. In ähnlicher Weise wird während des nachfolgenden getasteten Signals des geraden Halbbildes ein »gerader« Schreibtorimpuls erzeugt, der das Einschreiben von Daten dieses getasteten Signals in den Pufferspeieher 70 ermöglicht (vgl. F i g. 6D, 6F und 6L).

Beim nächsten Vertikalsynchronimpuls wird nun ein Lesetorimpuls erzeugt (Fig.6G). Dieser Leseiorimpuls setzt den Digital/Analogkonverter 48 in betriebsfähigen Zustand, der während des Einschreibvorganges zur Vermeidung von Schwankungen im Ausgangssignal nicht betriebsfähig war und setzt außerdem einen durch zwei teilenden Zähler 74 in Betrieb. Dieser Zähler erzeugt das Steuersignal für die Ausgangstorschaltung

(4)

76 {vgl. Fig.6J), sein Anfangszustand ist dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher 34 über die Ausgangstorschaltung 76 mit dem Digital/Analogkonverter verbunden ist. Bei Erscheinen des nächsten W/7-Taktimpulses (Taktimpuls mit der Pericdendauer ΗΠ, vgl. Fig.6H) ändert sich das Steuersignal für die Ausgangstorschaltung und schließt den Pufferspeicher 70 an den Digital/Analogkonverter an. Gleichzeitig wird ein Taktimpuls dem Pufferspeicher 34 zugeführt, der die Daten um 1 Bit verschiebt. Dieser Wechselbetrieb wird so lange fortgesetzt:, bis jedes Schieberegister 256 Taktimpulse empfangen hat und daraufhin die Lesetorschaltung in geschlossenen Zustand gesetzt wird, wobei dann der Digital/Analogkonverter in den nicht bc'riebsfähigen Zustand gebracht wird und die W/7-Taktimpulse darin gehindert werden, in die Pufferspeicher zu gelangen. Als Ergebnis des geschilderten Vorganges erhält main vom Digital/Analogkonvcrter ein Ausgangssignal, welches eine analoge Darstellung der von Zwei voneinander veisLnicueiicn Halbbildern ausgetasteten Daten wiedergibt, wobei einander oenachbarte Bestandteile der Darstellung abwechselnd den beiden Halbbilde.ή entnommen sind, so daß insgesamt 256 χ 2 — 512 »Abtast«-Punkte durch das Ausgangssignal wiedergegeben werden (vgl. F i g. 6M). Die Bandbreite dieses Ausgangssignals ist dabei durch die obengenannte Gleichung (4) gegeben.

F i g. 7 zeigt die Pufferspeichereinheit 34, die in der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung einsetzbar ist. Der Eingang des Pufferspeicher;-, besteht aus mehreren Leitungen 26 bis 31, von denen je eine an je ein Schieberegister angeschlossen ist (in F i g. 7 sind sechs derartige Register 80 bis 8ii gezeigt, die als statische, duale 128-Bit-Schieberegister ausgebildet sind und z. B. durch den Typ 2521 der Signetics Corp- Sunnyvale, California, realisiert sind). Jedes dieser Schieberegister ist mit einer - 12-V-Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt) und mit einer +S-V-Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden, außerdem sind mehrere Dioden 87 bis 92 zwischen die Eingangsleitungen und Jie +5-V-Leitung der Gleichspannungsversorgung gelegt, um die internen Schaltungen der Schieberegister zu schützen. Zusätzlich empfängt jedes Schieberegister über die Leitung 38 ein Eingangssignal von der Taktgebereinheit 36. Das digitale Ausgangssignal der Schieberegister der Pufferspeicher wird über die Leitungen 40 bis 45 nach außen geführt.
Die- Tf.ktgebereinhsit 36 und die »Teile-durcb-7«-Einheit, vgl. Fig.2, werden in Fig.8 genauer dargestellt, Fig.9 zeigt den Digital/Analogkonverter 40 in seinem Aufbau. Dabei wird angenommen, daß Aufbau und Arbeitsweise der in den Fig.8 und 9 dargestellten Schaltungen von dem Durchschnittsfachmann aus

ίο diesen Abbildungen entnommen werden können.

Die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung kann außerdem durch ein Analog-Schieberegister verwirklicht werden (vgl. Fig. 10). Ein derartiges Schieberegister ist in der US-PS 24 03 955 offenbart, es ist erst seit kurzem

ι, als Halbleiterbaustein erhältlich. Eine derartige Anordnung speichert Abtastsignale von Analogsignalen als Ladungspegel, die abhängig von Taktimpulsen von Element zu Element getaktet werden.
In dieser Ausführungsform tritt das Analog-Schiebe-

/D rcgisier 226 und ein Abtast- und Haltekreis 228 an die Stelle des Analog/Digitalkonverter.-,, des digitalen Pufferspeichers und des Digital/Analcgkonverters der Fig.2 Die resultierende Vorrichtung ist in Fig. 10 dargestellt. Diese Vorrichtung enthält dieselbe Taktgeberschaltung und den in den F i g. 3A bis 3F, 3J und 3K entsprechende Signalformen, mit der Ausnahme, daß 3J nun das Abtast- und Halte-Ausgangssignal darstellt. Der Abtast- und Haltekreis ist erforderlich, da das Ausgangssignal des Analog-Schieberegisters ein auf den Wert Null zurückkehrendes Signal darstellt (eine Rechteckfunktion, dessen Basisamplitude festliegt, dessen obere Amplitude proportional zu dem analogen Eingangssignal variiert, wie in Fig.3K dargestellt ist). Der Ab* ■*»· und Haltekreis dehnt die Impuls auf die volle 7W-Periüde und erzeugt auf diese Weise ein kontinuierliches Analogsignal.

F i g. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der in F i g. 5 dargestellten Vorrichtung, bei der Analog-Schieberegister 232 und 234 als Pufferspeicherelemente

■to eingesetzt sind. Der zeitliche Verlauf der Signale entspricht dem in Fig.6 dargestellten Verlauf, mit der Ausnahme, daß M nun das Abtast- und Halte-Ausgangssignal darstellt und nicht das Ausgangssignal des Digital-Analogkonverters.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

t, Verfahren zur Bandbreitenkompression eines Videosignals, das eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Abtastfeldern aufweist, bei dem aus einem Eingangsvideosigna! aufeinanderfolgende Gruppen von seriell übertragenen Abtastsignalen erzeugt werden, wobei jede Gruppe mit einem entsprechenden Feld des Videosignals korrespondiert und jedes Abtastsignal in jeder Gruppe die Größe der jeweiligen Abtastung, bezogen auf eine zugehörige Horizontalzeile des zu dieser Gruppe korrespondierenden Feldes wiedergibt und bei dem die Abtastsignale in einen Speicher eingeschrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß nur bestimmte Felder für die Abtastung und das Auslesen der gespeicherten Abtastsignale aus dem Speicher mit einer Geschwindigkeit kleiner als die Einschreibge5chwindigkeit ausgewählt werden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das eine schmalere Bandbreite als das Eingangsvideosignai aufweist.
2. Anordnung zur Bandbreitenkompression eines Videosignals nach dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren, bei der ein Abtast- und Haltekreis (5) für den Empfang eines Eingangsvideosignals und zum Erzeugen von aufeinanderfolgenden Gruppen von seriell übertragenen Abtastsignalen vorgesehen ist, wobei jede Gruppe mit einem entsprechenden Feld des Videosignals korrespondiert und jedes Abtastsignal in jeder Gruppe die Größe der jeweiligen Abtastung, bezogen auf eine zugehörige Horizontalzeile des zu dieser Gruppe korrespondierenden Feldes wiedergibt, mit e'ner signalverarbeitenden Schaltung (7) für die Video-Ba.~dbreitenkompression, die mit dem Abtast- und Haltekreis (S) verbunden ist und die Abtastsignale empfängt, mit einem Pufferspeicher (34), der mit einer Taktgebereinheit (36) zum Einschreiben der Abtastsignale in den Pufferspeicher (34) in Verbindung steht, aus dem die gespeicherten Abtastsignale ausgelesen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktgebereinheit (36) nur die Abtastsignale bestimmter Gruppen in den Pufferspeicher (34) einliest und diese Signale aus dem Pufferspicher (34) mit einer Geschwindigkeit kleiner als die Einschreibgeschwindigkeit ausliest, so daß ein Ausgangssignal mit einer schmaleren Bandbreite als diejenige des Eingangsvideosignals erzeugt wird.
3. Anordnung zur Bandbreitenkompression nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abtastsignal ein parallel-binär-kodiertes Wort mit vorgegebener Bitzahl ist, daß der Pufferspeicher (34) eine Anzahl von Schieberegistern enthält, die die entsprechenden Bits des parallel-binär-kodierten Wortes empfangen, und daß die Taktgebereinheit (36) eine Taktgeberschaltung aufweist, die .!en Inhalt der Schieberegister mit der Horizontalzeilengeschwindigkeit des Videosignals verschiebt, um die Abtastsignale der ausgewählten Gruppen in den t,o Pufferspeicher (34) einzugeben.
4. Anordnung zur Bandkreitenkompression nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulssieb (9) für das Videosignal, eine Horizontalsteuereinheit (10) und eine Vertikalsteuereinheit (11). die durch das Impulssieb (9) steuerbar sind, des weiteren die Taktgeberschaltung vorgesehen sind, die auf die Ausgangssignale der Horizontal- und Vertikalsteuereinheit (10, It) anspricht und das Ein- und Auslesen der Abtastsignale mit den gewünschten Geschwindigkeiten durchführt.
5. Anordnung zur Bandbreitenkompression nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktgebereinheit (36) Einrichtungen zum Einstellen des Betrages der Bandbreitenverringerung durch Auswahl der Auslesegeschwindigkeit enthält
6. Anordnung zur Bandbreitenkompression nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feld-Identifikationseinheit (56) zum Addieren eines Identiftkationskodes zu dem Ausgangssignal vorhanden ist, um -das Feld des Videosignals zu identifizieren, das jedem Abtastsignal zugeordnet ist, das in dem Ausgangssignal wiedergegeben ist
7. Anordnung zur Bandbreitenkompression nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher (34) ein Analogsignal-Pufferspeicher zum Speichern der Amplituden der Äbtastsignaie ist
8. Anordnung zur Bandbreitenkompression nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung zwei Pufferspeichereinheiten (34,70) vorgesehen sind, daß eine Taktgebereinheit (72) mit den zwei Pufferspeichereinheiten verbunden ist und die Abtastsignaie zweier aufeinanderfolgender Gruppen in diese so einliest daß die Abtastsignale der einen Gruppe in die eine Pufferspeichereinheit (34) und die Abtastsignale der anderen Gruppe in die andere Pufferspeichereinheit (70) eingeschrieben werden und daß die Taktgebereinheit (72) die einzelnen Abtastsignale aus den Pufferspeichereinheiten (34, 70) abwechselnd ausliest.
9. Anordnung zur Bandbreitenkompression eines Videosignals nach dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren, mit einem Abtast- und Haltekreis (5) für den Empfang eines Eingangsvidto-ignals und zum Erzeugen von aufeinanderfolgenden Gruppen von seriell übertragenen Abtastsignalen, wobei jede Gruppe mit einem entsprechenden Feld des Videosignals korrespondiert und jedes Abtastsignal in jeder Gruppe die Größe der jeweiligen Abtastung bezogen auf eine zugehörige Horizontalzeile des zu dieser Gruppe korrespondierenden Feldes repräsentiert, mit einem Pufferspeicher mit Analogschieberegister (226) für den Empfang und die Speicherung der Abtastsignale, einem nachgeschalteten Abtast- und Haltekreis (228) und mit einer Taktgebereinheit (36), die mit dem Pufferspeicher mit Analogschieberegister (226) und mit dem Abtast- und Haltekreis (228) verbunden ist, um die Abtastsignale mit einer Geschwindigkeit gleich der Abtastgeschwindigkeit einzulesen und sie über den Abtast- und Haltekreis (228) auszulesen, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher mit Analogschieberegister (226) nur die Abtastsignale bestimmter, ausgewählter Gruppen speichert und daß die Taktgebereinheit (36) die Abtastsignale aus dem Pufferspeicher (226) mit einer vorbestimmten verringerten Geschwindigkeit ausliest, so daß die ausgelesenen Abtastsignale die gleichen Amplitudencharakteristiken wie die eingelesenen Abtastsignale, jedoch eine vorgegebene engere Bandbreite aufweisen.
10. Anordnung zur Bandbreitenkompression nach