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"Kompatibles Bildfernsprechsystem"
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Die Erfindung betrifft ein kompatibles Bildfernsprechsystem mit Teilnehmerendgeräten
unterschiedlichen Bildauflösungsvermögens und mit unterschiedlich genormten Bildsignalen.
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Mit dem "Picturephone" von Bell Labs. ist ein schmalbandiges Bildfernsprechsystem
bekannt geworden mit einer befriedigenden Bildauflösung bei Porträtdarstellung.
Dieses System arbeitet mit 267 Zeilen, einer Zeilenfrequenz von 8 kllz und
einer
Ubertragungsbandbreite von 1 NHz (BSDJ 50, 1971, pp. 235 - 269).
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Soll dieses System jedoch für technische Zwecke benutzt werden, so
ist die Bildauflösung nicht ausreichend. So läßt sich mit dem bekannten System beispielsweise
von einer Schreibmaschinenseite der Größe DIN A 4 nur jeweils ein Achtel der Fläche
lesbar übertragen.
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Es sind daher auch Bildfernsprechsysteme vorgeschlagen worden, die
mit einer höheren Zeilenanzahl, einer höheren Zeilenfrequenz und einer größeren
Ubertragungsbandbreite arbeiten und mit der eine Auflösung bis zur halben DIN A
4-Schreibmaschinenseite errreichbar ist (IDEE Spectrum, Nov.
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1973, pp. 45 - 49).
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Damit ergibt sich der Nachteil, daß nunmehr verschiedene, voneinander
unabhängige Bildfernsprechsysteme nebeneinander existieren, die miteinander nicht
verträglich sind.
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Der Erfindung liegt din Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil des Standes
der Technik zu beseitigen. Insbesondere soll ein Bildfernsprechsystem angegeben
werden, mit dem sowohl schmalbandige Signale des Porträt-Bildfernsprechers, im folgenden
PBF abgekürzt, als auch breitbandige Signale des
kommerziellen Bildfernsprechers,
im folgenden mit KBF abgekürzt, mit möglichst geringem Aufwand übertragen und wiedergegeben
werden können.
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Diese Aufgabe wird bei einem System der eingangs genannten Art durch
die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst.
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Das System ermöglicht den Nachrichtenaustausch zwischen beliebigen
Teilnehmern des PBF- und des EBS-Systems. Bei PBF-Teilnehmern entfallen zusätzliche
Anschaffungen. Der zusätzliche Aufwand der Teilnehmer mit KBF ist gering. Das System
läßt sich einfach realisieren und erlaubt Eonferenzschaltungen zwischen PBF- und
EBF-Deilnehmern.
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Ferner läßt sich bei dem erfindungsgemäßen System die Bildauflösung
in einfacher Weise verbessern. Sin besonderer Vorteil ist die Kompressionswirkung
für die analoge Bildübertragung. Bei vorgegebener Bandbreite des am niedrigsten
8atlösenden Teilnehmerendgerätes kann die Bildschärfe im Austausch mit derBewegungsauflösung
gesteigert werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfinaung sind
in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Anspruch 2 gibt eine einfache Realisierungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen
Systems an. Die Weiterbildung nach Unteranspruch 3 verhindert, daß in schnell sich
verändernden Bildteilen Signale aus vorhergehenden Teilbildern verschleppt werden.
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Das wiedergegebene Bild erscheint dadurch in bewegten Bildteilen gleichmäßig
unscharf, in unbewegten Bildteilen jedoch scharf, so daß eine dem menschlichen Auge
gewohnte Bildwiedergabe erreicht wird.
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Da u. U. Bi'dkompressions- und Bilddekompressionseinrichtungen billiger
sind als umfangreiche Bildumlaufspeicher, gibt Unteranspruch 4 eine zweckmäßige
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems an.
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Die Weiterbildung des Systems nach Unteranschpruch 5 ermöglicht es,
das erfindungsgemäße System mit möglichst wenig zusätzlichen Geräten, wie z. B.
Einrichtungen für die Auswahl der Bildpunkte und deren Zwischenspeicherung zur langsamen
Ausgabe, durchzuführen. Hierbei wird von einem eilnehmerendgerät mit höherer Bildauflösung
das Bild mit der Bildwiedergabegeschwindigkeit und der Zeilenzahl des am niedrigsten
auflösenden Teilnehmerendgerätes abgetastet,
wobei die Signale jeweils
nicht zu übertragender Bildpunkte ausgetastet werden. Diese Maßnahmen lassen sich
in vorteilhafter Weise im Bildaufnahmeteil des betreffenden Teilnehmerendgerät es
durchführen.
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Unteranspruch 6 gibt eine zweckmäßige Anordnung zur Durchfüurung des
erfindungsgemäßen Verfahrens an, die sich je nach Anforderung beliebig weiter ausgestalten
läßt.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild eines kompatiblen Bildfernsprechsystems zur
Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens, Fig. 2 Reihenfolge und Lage der gemäß
des erfindungsgemäßen Verfahrens abzutastenden und wiederzugebenden Bildpunkte,
Fig. 3 Blockschaltbild des sendeseitigen Deilnehmerendgerätes mit höherer Bildauflösung,
Fig. 4 Blockschaltbild des empfangsseitigen eilnehmerendgerätes mit höherer Bildauflösung.
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Fig. 1 zeigt ein einfaches Blockschaltbild eines kompatiblen
Bildfernsprechsystems
gemäß der Erfindung, insbesondere bei einer Konferenzschaltung. Die Teilnehmerendgeräte
1 und 3 stellen Geräte mit hoher Bildauflösung (Auflösung), beispielsweise 625 Zeilen
und 50 Halbbilder/Sekunde mit einer Bildsignalbandbreite von etwa 4 MHz, dar. Das
Teilnehmerendgerät 2 dagegen ist ein als Porträt-Bildfernsprecher bekanntes Teilnehmerendgerät
mit einer niedrigen Auflösung, beispielsweise 313 Zeilen und 50 Halbbilder/ Sekunde
mit einer Bildsignalbandbreite von etwa 1 MHz. Die Geräte sind im allgemeinen über
eine Zentrale 4 mit den jeweiligen tbertragungskanälen 51, 52 und 53 verbunden,
deren Bandbreite etwa 1 NHz beträgt.
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Es wird vorausgesetzt, daß im gesamten Netz die Bildsignale in a aloger
Form übertragen und die eilnehmerendgeräte das Zeilensprungverfahren anwenden, d.
h. daß ein Vollbild aus zwei um einen Zeilenabstand versetzten Halbbildern aufgebaut
ist, so daß 50 übertragene Halbbilder/ Sekunde 25 Vollbilder/Sekunde bilden. Jedoch
ist die Erfindung nicht auf dieses spezielle System beschränkt.
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Eine Kommunikation über die drei gezeigten Deilnehmerendgeräte 1 bis
3 ist normalerweise nicht möglich, da die Zeilenablenkgeschwindigkeit und damit
die Normsignale der Geräte 1 und 2 bzw. 2 und 3 unterschiedlich sind. Außerdem ist
dis
höhere Auflösung der Geräte, die 4 Milz umfassende Bildsignale
abgeben, nicht auswertbar, wenn angenommen wird, daß die Bandbreite der tbertragungskanäle
durchwegs 1 MHz ist.
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Um nun eine Kommunikation der drei Teilnehmer untereinander dennoch
zu ermöglichen, wird gemäß dem erfindungsgee mäßen Verfahren vorgeschlagen, daß
von Deilnehmerendgerä ten mit höherer Auflösung bzw. von den Geräten 1 und 3 Videosignale
einer vorgegebenen, zyklisch sich wiederholenden Auswahl von Bildpunkten eines Vollbildes
gesendet werden, wobei nach der tibertragung der jeweils in einem Zyklus von n Vollbildern
ausgewählten Bildpunkte mindestens jeder zweite Bildpunkt des Vollbildes einmal
übertragen wird. Von Teilnehmerendgeräten mit, der niedrigsten Auflösung, beispielsweise
von dem Gerät 2, werden bei der Bildwiedergabe die empfangenen Signale direkt verarbeitet.
Von Teilnehmerendgeräten mit höherer Auflösung werden dagegen bei der Bildwiedergabe
die empfangenen Signale entsprechend der vorgegebenen Auswahl der Bildpunkte gespeichert
und unter Verwendung der gespeicherten Signale wiedergegeben.
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Es ist z. B. vorteilhaft, daß für einen Zyklus von n 2 2 Vollbildern
zunächst für die Dauer jedes ersten Vollbildes jeder zweite Bildpunkt in jeder zweiten
Zeile, anschließend
für die Dauer jedes zweiten Vollbildes in Offset-Lage
jeder zweite Bildpunkt jeder beim ersten Vollbild ausgelassenen Zeile ausgewertet
wird.
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Dieses Verfahren soll anhand der Fig. 2 näher erläutert werden. Zeile
11 von Fig. 2 stellt schematisch die Bildpunkte der ersten Bildzeile dar. Jeder
zweite Bildpunkt der Bildzeile wird ausgetastet, also beispielsweise der erste,
dritte, fünfte, siebte usw. Nach der Bildzeile 11 wird gemäß dem Zeilensprungverfahren
Zeile 21, dann Zeile 31 usw. abgetastet. Am Ende des ersten Halbbildes erfolgt schli3lich
die Abtastung der Zeilen 12, 22 usw.
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Am Ende des zweiten Ealbbildes ist dann bereits das erste Vollbild
abgetastet, indem jeder zweite Bildpunkt in jeder zweiten Zeile ausgewertet wurde.
Im Anschluß an das erste abgetastete Vollbild wird nun das dritte Halbbild, beginnend
mit den Zeilen 13, 23 usw., abgetastet, dem mit den Zeilen 14, 24 usw. das vierte
Halbbild folgt. Mit dem Ende des vierten Halbbildes ist das zweite Vollbild abgetastet
und der Zyklus von n = 2 Vollbildern beginnt von vorne mit Zeile 11.
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Die Abtastung des zweiten Vollbildes erfolgt in Offset-Lage, das bedeutet,
daß z. B. die Bildpunkte der Zeile 13 zwischen den Bildpunkten der Zeilen 11 und
12 zu liegen kommen. Auf diese Weise wird das Bild gleichmäßig innerhalb
eines
Zyklus von 2 Vollbildern abgetastet und wiedergegeben.
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Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt es verschiedene
Möglichkeiten. Eine flexible und ausbaufähige Anordnung, mit der auch höhere Zyklen
von Vollbildern, beispielsweise mit n = 4, realisierbar sind, zeigen Fig. 3 für
die Sendeseite und Fig. 4 für die Empfangsseite eines höher auflösenden Teilnehmerendgerätes
1 bzw. 3.
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Um dieses Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen, sind jedem
höher auflösenden Teilnehmerendgerät ein Trans-(Fig. 1) coder 21, 23rund eln Bildumlaufspeicher
407 zugeordnet, wobei der Transcoder mit Hilfe eines Selektors 201 für die zu übertragenden
Bildpunkte die vorgegebene Auswahl entsprechend der Norm des am niedrigsten auflösenden
Teilnehmerendgerätes trifft und mittels des Bildumlaufspeichers das empfangene Bildsignal
aufgrund der vorgegebenen Auswahl zusammensetzbar ist.
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In Fig. 3 ist die Sendeseite des höher auflösenden Teilnehmerendgerätes
als Blockschaltbild dargestellt. Eine Bildaufnahmekamera 1 liefert analoge Bildsignale
eines in beispielsweise 625 Zeilen aufgelösten Vollbildes in jeweils
40
msec. Die abgegebenen analogen Signale haben eine Bandbreite von etwa 4 MHz.
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Zur Anpassung der breitbandigen Bildsignale an das Schmalbandsystem
mit 1 MHz Bandbreite werden die Bildsignale einem Selektor 201 und einer Takt zentrale
206 zugeführt. Die Taktzentrale wird von den im Bildsignal enthaltenen Zeilen-Synchronisiersignalen
synchronisiert und steuert den Umschalter 202 sowie die beiden Zeilenspeicher 203
und 204.
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Die Bildsignale werden über den vom Selektor gesteuerten Umschalter
202 in die Zeilenspeicher 203 und 204 eingelesen, über einen von der Takt zentrale
gesteuerten Umschalter 205 ausgelesen und auf die Teilnehmeranschlußleitung 5 gegeben.
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Während des Abtastens der ersten Bildzeile 11 (Fig. 2) wird jeder
zweite Bildpunkt der Zeile in den Zeilenspei cher 203 eingelesen. Die Einspeichergeschwindigkeit
ist statt 4 NHz dadurch lediglich 2 MHz.
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Nachdem die Bildzeile 11 eingelesen ist, wird in gleicher Weise die
Bild zeile 21 in den Zeilenspeicher 204 eingelesen. Gleichzeitig wird Bildzeile
11 mit der Geschwindigkeit
von 1 MHz aus dem Zeilenspeicher 203
ausgelesen.
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Durch das Auslassen der Zeile 12 (Fig. 2) steht ausreichend Zeit zur
Verfügung, um die mit der Geschwindigkeit von 2 MHz eingelesenen Bildpunkte mit
der Geschwindigkeit 1 MHz auszulesen.
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Die Wiedergabe dieser ausgelesenen Bildpunkte erfolgt bei dem Teilnehmerendgerät
mit der niedrigsten Auflösung ohne Zusatzgeräte in der üblichen Weise.
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Ein höher auflösendes Teilnehmerendgerät kann jedoch aus den in der
genannten Art aufbereiteten Bildsignalen der Bandbreite 1 MHz ein bedeutend schärferes
Bild erzeugen. Hierzu ist es im wesentlichen mit einem Bildumlaufspeicher ausgerüstet.
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Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung für ein Teilnehmerendgerät
mit hoher Auflösung zur Wiedergabe eines besser aufgelösten, also schärferen Bildes.
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Das von der Teilnehmeranschlußleitung 5 empfangene Bildsignal wird
einer von den Zeilen-Synchronisierimpulsen des Bildsignals synchronisierten Takt
zentrale 406 und über einen Umschalter 402 zwei Zeilenspeichern 403 und 404 zugführt.
Am Ausgang der Zeilenspeicher werden die den Bildsignalen entsprechenden Bildpunkte
- von der
Taktzentrale gesteuert - über einen Umschalter 405 in
einen Umlauf speicher 407 eingespeichert, an den ein Bildwiedergabegerät, beispielsweise
ein Monitor 3, angeschlossen ist.
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Die Arbeitsweise der Schaltung ist folgende: Nachdem die Bildzeile
11 (Fig. 2) in den Speicher 403 mit der Geschwindigkeit 1 MHz eingelesen ist, werden
die Bildpunkte des Speichers 403 mit der Geschwindigkeit 2 flHz in den Umlaufspeicher
407 überführt. Gleichzeitig wi der Zeilenspeicher 404 mit den Bildpunkten der Bildzeile
21 (Fig. 2) geladen. Während der Zeilenspeicher 404 ausgelesen wird, wird der Zeilenspeicher
403 mit der Bildzeile 31 geladen usf.
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Nach dem Einspeichern des ersten Halbbildes in den Umlaufspeicher
wird anschließend das zweite Halbbild, beginnend mit der Bildzeile 12 (Fig. 2) in
den Umlaufspeicher in der gleichen Weise eingespeichert.
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Beim Einspeichern des dritten Halbbildes steuert die Taktzentrale
die Ausgabe des jeweiligen Zeilenspeichers derart, daß die Offset-Lage der Bildpunkte
der Zeilen
13, 23 usw. berücksichtigt ist.
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In der gleichen Weise, wie das dritte Halbbild eingespeichert wurde,
wird anschließend das vierte Halbbild in den Umlaufspeicher, beginnend mit den Bildzeilen
14, 24 usw., eingegeben. Sodann beginnt der Einspeicherzyklus von vorn mit der Bildzeile
11, wobei der jeweils vorhandene Speicherinhalt des Bildumlaufspeichers überschrieben
wird.
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Im Bildumlauf speicher steht somit nach einem Zyklus von vier Halbbildern
das volle Bild mit hoher Auflösung zur Verfügung. Allerdings wird jeder zweite Bildpunkt
nicht übertragen. Jedoch ist im Zusammenhang mit der Offset-Lage der Bildpunkte
und der optischen Interpolation gegenüber einem mit 4 MHz Bandbreite übertragenen
Bild keine merkliche Qualitätseinbuße feststellbar. Durch die erfindungsgemäße Transcodierung
wird in dem angeführten Ausführungsbeispiel ein Kompressionsfaktor für die Bandbreite
um den Faktor 4 erreicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren des sukzessiven Bildaufbaus und der
Bildregenerierung kann jedoch in bewegten Bildteilen zum partiellen, insbesondere
zeilenweisen Verschleppen vorhergehender Teilbilder führen, indem einige Zeilen
noch das vorhergehende ruhende scharfe und einige Zeilen bereits das neue veränderte
Teilbild zeigen. Dieser Nachteil kann mittels eines Bewegungsdetektors, der Steuersignale
bei
veränderten Bildteilen abgibt, vermieden werden. Die im Bildumlaufspeicher
gespeicherten, in der Umgebung des jeweils übertragenen neuen Bildpunktsignals liegenden
Bildpunkt signale werden hierbei durch das übertragene neue Bildpunktsignal ersetzt.
Ein geeigneter Bewegungsdetek tor ist beispielsweise in der D2-OS 22 50 796 beschrieben.
Durch diese Maßnahme werden bewegte Bildteile als Ganzes sich verändernd wiedergegeben,
während unbewegte Bildteile in optimaler Auflösung erscheinen.
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Mit den an sich bekannten Verfahren der Datenkompression ist es von
Vorteil, die Bildsignale von Redundanz und Irrelevanz zu befreien, so daß der Bildumlaufspeicher
mit einer geringeren Kapazität auskommt und dadurch preisgünstiger realisierbar
ist. Bei der Ausgabe der Signale aus dem Bildumlaufspeicher sind die Signale wieder
in ihre ursprüngliche Folge zu dekomprimieren. Derartige Verfahren sind beispielsbekannt
aus DU-OS 20 45 392 und DT-OS 20 46 974.
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Eine andere einfache Möglichkeit zur Realisierung des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, daß von einem Teilnehmerendgerät mit hoher Auflösung das
Bild mit der Bildwiedergabegeschwindigkeit und der Zeilenzahl des am niedrigsten
auflösenden Teilnehmerendgerätes abgetastet wird, wobei die
Bildsignale
nicht zu übertragender Bildpunkte ausgetastet werden.
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Für das angeführte Ausführungsbeispiel mit Deilnehmerendgeräten, die
Bildsignale mit 4 bzw. 1 MHz Bandbreite verarbeiten können, bedeutet dies, daß zunächst
von höher auflösenden Teilnehmerendgeräten von der Bildzeile 11, 21, 31 usw. (Fig.
2) die Bildpunktsignale jedes vierten Bildpunkttes übertragen werden.
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