DE2450529C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung binärer Signale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung binärer Signale von einer Faksimilevorlage mittels einer Fernsehkamera, bei dem aus dem Ausgangssignal der Fernsehkamera niederfrequente Signalanteile zur Gewinnung einer ersten dynamischen Schwelle verwendet werden, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Übertragung einer Faksimilevorlage möchte man in einem Bildtelefonsystem das gleiche Endgerät verwenden, das für die Porträtübertragung verwendet wird und das scndcseitig eine Fernsehkamera enthält. Wird jedoch eine Faksimiievorlage, die nur die Helligkeitsstufen schwarz und weiß enthält, von einer Fernsehkamera abgetastet, so entsteht ein Videosignal, das alle Graustufen enthält. Die Ursachen hierfür sind:

a) Die Beleuchtung der Vorlage ist ungleichmäßig.

b) Die Grundfarbe des Papiers ist wegen Flecken, Vergilbung und ähnlichem nicht überall gleich.

c) Die Empfindlichkeit der Aufnahmeröhre und der Optik sind in der Bildmitte größer als am Rande.

d) Durch den Apertureffekt des abtastenden Elektronenstrahls in der Aufnahmeröhre der Kamera werden hohe räumliche Frequenzen nur mit kleinem Kontrast wiedergegeben.

Zur Übertragung dieses Videosignals über einen digitalen Nachrichtenkanal muß das Videosignal in ein Digitalsignal umgewandelt werden. Wird jedoch dieses analoge Videosignal in üblicher V/cise umgewandelt, so sind etwa sieben Binärzeichen pro Bildpunkt erforderlich, obwohl der Inhalt der Faksimilevorlage, nämlich heile oder dunkle Bildpunkte, nur ein Binärzeichen pro Bildpunkt erfordern würde.

Die Bedienung der dynamischen Schwellen mit Hilfe einer Halteschaltung aus Extremwerten eines Videosignals ist bereits durch die DE-OS 2351 71 I bzw. DE-AS I 437 272 bekannt. Diese Operation allein liefert jedoch keine brauchbaren dynamischen Schwellen und ist lediglich als Teil eines schaltungsmäßig aufwendigen Systems zu betrachten.

Die Umwandlung analoger Bildsignale in ein Binärsignal ist ferner aus derDE -OS 2261)022 bekannt. Dieses Verfahren ist jedoch für die Anwendung bei Faksimilevorlagen zu aufwendig.

Das Kernproblem bei der Analog-binär-Umwandlung eines Schwarzweiß-Videosignals ist die Bewältigung der äußerst unterschiedlichen Dauer von schwarzen Signalteilen. Diese Dauer kann in kürzester Zeit zwischen einer Schaltungslänge und einem Bildpunkt schwanken. Dieser Fall (ritt bei Text und Zeichnungen sehr häufig auf. Nur wenn die Variationsmöglichkeiten der abzutastenden Vorlage derart eingeschränkt werden, daß Extremwerte der obcngenannten Dauer in einer Richtung faktisch ausgeschlossen sind, ist es möglich, mit einer einzigen dynamischen Schwelle auszukommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit ge-

iingem Scbaltungsaufwand und ohne wesentliche Verschlechterung tier Bildqualität aus dem anlogen, von einer Fernsehkamera abgegebenen Videosignal einer Faksimilevorlage ein Uer Hell/Dunkel-Information tier Vorlage entsprechendes Binärsignal zu erzeugen. Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 iingegebene Erfindung gelöst.

Es ist nunmehr möglich, auch von einer Fernsehkamera aufgenommene Faksimilevorlagen ohne großen Aufwand und oh/ie merklichen Bildverlust über einen digitalen Nachrichtenkanal zu übertragen. In vorteilhafter Weise ist lediglich pro Bildpunkt ein Binärzeichen erforderlich, da alle Grauwerte, die keine nützliche Information tragen, aus dem Bildsignal eliminiert werden. Die Erfindung gestattet es, Fakisimilevorlagen auch in einem Bildtelefonsystem mit den gleichen Endgeräten mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit durchzuführen.

Die Erfindung wird nun an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das analoge Videosignal am Ausgang der Fernsehkamera für eine Zeile ohne tiefe Raunifrequenzen einer Faksimilevorlage und die dieser entsprechenden binären Ausgangssignale,

Fig. 2 das analoge Videosignal am Ausgang einer Fernsehkamera für eine dunkle Stelle, die sich über die ganze 2xile erstreckt, mit zugehörigem binären Ausgangssignal,

Fig. 3 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 a ist der Signalverlauf der Ausgangsspannung einer Fernsehkamera beim Abtasten einer Faksimilevorlage für eine Bildzeile dargestellt, die keine tiefen Raumfrequenzen enthält. Das Signal besteht aus der Bildinhaltsinformation 1 und aus den Synchron-Austastsignalen 2. Hohe positive Werte des Signals entsprechen beispielsweise den hellen Stellen und niedrige positive Werte den dunklen Stellen der Vorlage. Wie ersichtlich, enthält das Signal neben der Nutzinformation auch eine unerwünschte Hintergrundinformaiion, deren Ursachen bereits oben erläutert wurden und die gemäß der der Erfindung zugrundeliegenden Idee ausgefiltert werden soll.

Um das Hintergrundsignal zu eliminieren und so die binären Signale zu erzeugen, werden aus dem Ausgangssignal 1 der Fernsehkamera die niederfrequenten Signultcilc zur Gewinnung einer ersten dynamischen Schwelle 4 verwendet. Die Differenz zwischen Ausgangssignal 1 und dem Schwellensignal 4 wird von einem Komparator in ein binäres Signal 5, so wie es Fig. 1 b zeigt, umgewandelt und übertragen. In Fig. I b stellen somit dunkle Bildteile der Vorlage ein binäres Signal der einen Art, beispielsweise eine logische »1«, dar und helle Teile der Bildvorlage ein logisches Signal der anderen Art. beispielsweise eine »0«.

Enthält jedoch die Vorlage auf einer Zeile nur dunkle Stellen, su sind das Ausgangssignal der Fernsehkamera und die niederfrequenten Signaiteile gleich groß. Um iin diesem Fall ein einwandfreies, dem Schwarzpegel entsprechendes binäres Signal der einen Art zu gewinnen, wird für diesen Fall mittels des Zcilensynchronsignals eine zweite Schwelle konstanter Amplitude erzeugt.

Fig. 2 zeigt den Fall, daß während einer ganzen Bildzeile die Bildvorlage schwarz ist. Das Ausgangssignal 6der Fernsehkamera hat nur einen niedrigen positiven Pegel, der jedoc!i aus den obengenannten

Gründen nicht konstant ist. Mittels des Zeilensynchronsignals wird nun eine zweite Schwelle 7 konstanter Amplitude erzeugt, die einen etwas höheren positiven Wert als das Ausgangssignal der Fernselikamera und etwa die gleiche Form des Ausgangssignals aufweist. In diesem Fall wird nun die Differenz zwischen dem Schwellwert 7 konstanter Amplitude und dem niederfrequenten Anteil 6 des Ausgangssignals der Fernsehkamera über einen Komparator in ein hinäres Ausgangssignal umgewandelt und übertraen. Dieses binäre Signal ist in Fig. 2b dargestellt. D-en dunklen Teilen der Bildvorlage entspricht wiederum das binäre Signal der einen Art, also in diesem Beispiel die logische »1«.

Der Pegel der festen Schwelle 7 liegt zwischen dem Pegel einer völlig hellen und dem Pegel einer völlig dunklen Zeile des Videosignals. Um das komplette binäre Ausgangssignal zu erhalten, werden die beiden in Fig. 1 bund 2 b gezeigten Signale Sund 8 disjunktiv verknüpft.

Die Schwelle 7 hat also eine konsole Amplitude, und die Schwelle 4, die aus den niedeiirejuenten Signalanteilen des Videosignals gewonnen wird, stellt eine dynamische Schwelle dar, deren Form und Amplitude vom Videosignal abhängig sind.

In Fig 3 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemüßen Verfahrens dargestellt. Zur Gewinnung der ersten, dynamischen Schwelle ist ein Tiefpaßfilter 11 vorgesehen, dessen Eingang das Ausgangssignal 3 der Fernsehkamera zugeführt wird. Zur Erzeugung der zweiten Schwelle mit konstanter Amplitude dient ein Schwellenformer 14, dessen Eingang mit dem Inipulsausgang der Fernsehkamera verbunden ist und dem beispielsweise die Austastimpulse 12 zugeführt werden. Zur Erzeugung der Differenz zwischen Ausgangssignal und dem ersten Schwellwertsignal ist ein erster Komparator 10 vorgesehen, dessen einem Eingang die Ausgangssignale der Fernsehkamera und dessen anderem Eingang das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 11 zugeführt ist. Im Ausführungsbeispiel ist der Ausgang des Tiefpasses 11 mi: dem positiven Eingang des !Comparators IO verbunden.

Zur Erzeugung der Differenz zwischen dem zweiten Schwellensignal und dem ersten Schwellensignal ist ein zweiter Komparator 13 und ein ODER-Glied 15 vorgesehen. Der eine Eingang des Komparators 13 ist mit dem Tiefpaß 11 und der andere Eingang des Komparators mit dem Ausgang des Schwellenformers 14 verbunden. In dem Ausführungsbeispiel ist der Ausgang des Schwellenformers 14 an den positiven Eingang des Komparators 13 angeschlossen.

Die Ausgänge der Komparatoren 10 und 13 sind mit den beiden Eingängen eines ODER-Gliedes 15 verbunden, an dessen Ausgang das gewünschte binäre Signal 16 abgenommen werden kann.

In vorteilhafter Weise hat das Tiefpaßfilter eine Grenzfrequenz in der Größenordnung von zwei- bis dreimal der Zeilenfrequenz. Dadurch enthält die vom Tiefpaß abgegebene dynamische Schwelle die langsamen Helligkeitsschwankungen der Faksimilevorlüge (Hintergrundsignal). Damit die Zeilcnsynchrooimpulse das Hintcrgrundsignal, also die dynamische Schwelle 4, nicht beeinflussen, wird der Tiefpaß in vorteilhafter Weise während der Austastzeit ausgeschaltet.

Unterschreitet nun das Bildsignal 3 die dynamische Schwellenspannung 4, so gibt der Komparator 10 ein

Signal ill·, wie es l· ig. I h zeigt.

Flnlhält jedoch die Vorlage dunkle Stellen, die sich über etwa eine Zeile der Vorlage oder langer crstrekken. so sind das Videosignal 6 (Fig. 2a) und this dynamische Schwellensignal 4 (Fig. la) kientisch und der Komparator 10 kann an seinem Ausgang keinen Schwar/werl abliefern. Um auch solche Sehwarzsverte zu gewinnen, wird die dynamische Schwelle 4. deren Höhe und Verlauf dem Videosignal 6 (Fig. 2a) entspricht, mit einer festen Schwelle 7 (I⁷Ig. 2a) verglichen, die der Sehwellenformer 14 ;ius dem Atistastsi-μικιΙ 12 der Fernsehkamera gewinnt.

Diis Ausgangssignal 8 des /weiten Komparator 13 hat dann ein biniires Signal der einen ArI. beispielsweise eine logische »I«. wenn dunkle Stellen der Vorlage abgetastet werden, die vom csten Komparator 10 nicht erfaßt werden. Um das vollständige binäre Ausgiingssignal zu erhalten, werden die von den beiden Komparatoren IO und 15 abgegebenen Signale S und 8 über das ()[)[^:.R-(ilied 15 verknüpft.

Als konstante Schwelle 7 für den /.weiten Komparator 13 wird in vorteilhafter Weise eine Gleichspannung verwendet, der eine /eilen- und, falls erforderlich, eine bildfrequente Wechselspannung überlagert wird. Die Signalverformung der festen Sehwelle wird im Schwellformer 14 in an sich bekannter Weise derart durchgeführt, daß der Verlauf der Schwcllcnspan-ηιιημ 7 mögliehst gut dem Videosignal einer dunklen, also infomiationsleeren /eile der Hildvorlage entspricht.

Die Realisierung ilei in Fig. 2 als Ansfi'ihrungsbeispiel angegebenen Schaltung erlorderl nur einen geringen Aufwand, da Doppelkomparatoren mit ODFR-verknüpften Ausgängen preisgünstig erhältlich sind.

Hier/u I I)IaIt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung binärer Signale von einer Faksimilevorlage mittels einer Fernsehkamera, bei dem aus dem Ausgangssignal der Fernsehkamera niederfrequente Signalanteile zur Gewinnung einer ersten dynamischen Schwelle verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinnung des gesamten binären Videosignals aus einer ODER-Schaltung von zwei ebenfalls binären Teilsignalen, die aus dem Vergleich des analogen Videosignals mit zwei verschiedenen von ihm abgeleiteten, dynamischen Schwellen entstehen, derart erfolgt, daß durch Synchronisatifinsimpulse (12) eine zweite Schwelle (7) konstanter Amplitude erzeugt wird, daß in Abhängigkeit von dem Pegel der ersten Schwelle entweder die Differenz (5) zwischen Ausgangssignal und erstem Schwellensignal oder die Differenz (8) zwischen zweitem Schwellensignal und erstem dynamischem Schwellensignal als binäres Signal übertragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei niedrigem Pegel der ersten Schwelle die Differenz zwischen zweitem Schwellensignal und erstem dynamischem Schwellensignal als binäres Signal der einen Art übertragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinnung der ersten dynamischen Schwelle während der Zeilen- und Bildaustastzeiten unterbrochen wird.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schwelle durch Überlagerung einer Gleichspannung mit einer zeilen- und bildfrequenten Wechselspannung gebildet wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Gewinnung der ersten dynamischen Schwelle ein Tiefpaß 11 vorgesehen ist, dessen Eingang die Ausgangssignale der Fernsehkamera zugeführt sind,

daß zur Erzeugung der zweiten Schwelle ein Schwellenformer (14) vorgesehen ist, dessen Eingang mit dem Impulsausgang der Fernsehkamera verbunden ist,

daß zur Erzeugung der Differenz zwischen Ausgangssignal und erstem Schwellensignal ein erster Komparator 10 vorgesehen ist, dessen einem Eingang das Ausgangssignal der Fernsehkamera und dessen anderem Eingang das Ausgangssignal des Tiefpasses (11) zugeführt sind,

daß zur Erzeugung der Differenz zwischen dem zweiten Schwellensignal und dem ersten Schwellensignal ein zweiter Komparator (13) vorgesehen ist, wobei dem einen Eingang des Comparators (13) das vom Tiefpaß (11) gebildete Schwellensignal und dem anderen Eingang des Komparators die Signale des Schwellenformers zugeführt sind und

daß die Ausgänge der Komparatoren (10 und 13) mit dem Eingang eines ODER-Gliedes (15) verbunden sind, an dessen Ausgang das gewünschte binäre Signal abnehmbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaß (11) während der

Zeilen- und Bildabtastung abschaltbar ist.

7, Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaß (11) eine Grenzfrequenz in der Größenordnung von zwei- bis dreimal der Zeilenfrequenz aufweist.