DE2551664B2 - Kompatibles Bildfernsprechsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kompatibles Bildfernsprechsystem mit Teilnehmerendgeräten unterschiedlichen Bildauflösungsvermögens und mit unterschiedlich genormten Bildsignalen gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Mit dem »Picturephone« von Bell Labs, ist ein schmalbandiges Bildfernsprechsystem bekannt geworden mit einer befriedigenden Bildauflösung bei Porträtdarstellung. Dieses System arbeitet mit 3267 Zeilen, einer Zeilenfrequenz von 8 kHz und einer Übertragungsbandbreite von 1 MHz (BSTJ 50, 1971, pp. 235 bis 269).

Soll dieses System jedoch für technische Zwecke benutzt werden, so ist die Bildauflösung nicht ausreichend. So läßt sich mit dem bekannten System

ίο beispielsweise von einer Schreibmaschinenseite der Größe DIN A 4 nur jeweils ein Achtel der Fache lesbar übertragen.

Es sind daher auch Bildfernsprechsysteme vorgeschlagen worden, die mit einer höheren Zeilenanzahl, einer höheren Zeilenfrequenz und einer größeren Übertragungsbandbreite arbeiten und mit der eine Auflösung bis zur halben DIN A 4-Schreibmaschinenseite erreichbar ist (IEEE Spectrum, Nov. 1973, pp 45 bis 49).

Sollen die verschiedenen, voneinander unabhängigen Bildfernsprechsysteme miteinander zusammenarbeiten, so ergibt sich das Problem der Verträglichkeit.

Aus der Zeitschrift Radio Mentor Elektronik, Jg. 41 (1975), Heft 5, Seiten 194 bis 196, sind Bildfernsprechsysterne bekannt geworden, die kompatibel mit der Fernsehrundfunknorm sind und die mit einem Übertragungskanal von 1 MHz Bandbreite arbeiten. Von den 625 Zeilen der Fernsehrundfunknorm wird beim 1. System jede 2. Zeile weggelassen, was zu einer starken

jo Diskontinuität der vertikalen Auflösung u. a. mehr führt Beim 2. System werden 2 zeitlich aufeinanderfolgende Zeilen zu einer Zeile kombiniert, was zu einer Einbuße der vertikalen Auflösung führt. Beim 3. System werden die Zeilen eines Teilbildes auf zwei Teilbilder verteilt.

Da jedoch nur die Information des einen Teilbildes ausgenutzt wird, ergibt sich eine Unterabtastung sowie eine Bewegungsverschleppung. Beim 4. System wird vorgeschlagen, 2 örtlich benachbarte Zeilensignale zu mitteln und abwechselnd auf 2 Teilbilder zu verteilen.

Diese aufwendige Methode erfordert 2 Haltbildspeicher.

Aufgabe der Erfindung war es datier, ein Bildfernsprechsystem der obigen Art anzugeben, bei dem die Teilnehmerendgeräte hoher Auflösung langsam bewegte oder Porträtbilder ohne Informationsverlust und mit weitgehendem Erhalt der hohen Auflösung austauschen können, und bei dem durch die Normwandlung bei den Teilnehmerendgeräten niedriger Auflösung eine dieser entsprechenden Bildqualität erreicht wird.

■so Insbesondere soll ein Bildfernsprechsystem angegeben werden, mit dem sowohl schmalbandige Signale des Porträt-Bildfernsprechers, im folgenden PBF abgekürzt, als auch breitbandige Signale beim kommerziellen Bildfernsprecher, im folgenden mit KBF abgekürzt, mit möglichst geringem Aufwand übertragen und wiedergegeben werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem System der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst.

Das System ermöglicht den Nachrichtenaustausch zwischen beliebigen Teilnehmern des PBF- und des KBF-Systems, wobei die hohe Bildauflösung eines nicht bewegten Bildes, das zwischen KBF-Teilnehmern mit der Übertragungsgeschwindigkeit des niedrig auflösenden PBF-Systems übertragen wird, weitgehend erhalten bleibt. Bei PBF-Teilnehmern entfallen zusätzliche Anschaffungen. Der zusätzliche Aufwand der Teilnehmer mit KBF ist gering. Das System läßt sich einfach

realisieren und erlaubt Konferenzschaltungen zwischen PBF- und KBF-Teilnehmern.

Ferner läßt sich bei dem erfindungsgemäßen System die Bildauflösung in einfacher Weise verbessern. Ein besonderer Vorteil ist die Kompressionswirk.ung für die analoge Bildübertragung. Bei vorgegebener Bandbreite des am niedrigsten auflösenden Teilnehmerendgerätes kann die Bildschärfe im Austausch mit der Bewegungsauflösung gesteigert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Anspruch 2 gibt eine einfache Realisierungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Systems an. Die Weiterbildung nach Unteranspruch 3 verhindert, daß in schnell sich verändernden ßildteilen Signale aus vorhergehenden Teilbildern verschleppt werden.

Das wiedergegebene Bild erscheint dadurch in bewegten Bildteilen gleichmäßig unscharf, in unbewegten Bildteilen jedoch scharf, so daß iine dem menschlichen Auge gewohnte Bildwiedergabe erreicht wird.

Da u. U. Bildkompressions- und Bilddekompressionseinrichtungen billiger sind als umfangreiche Bildumlaufspeicher, gibt Unteranspruch 4 eine zweckmäßige « Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems an.

Die Weiterbildung des Systems nach Unteranspruch 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 Teilnehmerendgerät mit höherer Bildauflösung das Bild mit der Bildwiedergabegeschwindigkeit und der Zeilenzahl des am niedrigsten auflösenden Teilnehmerentgerätes abgetastet, wobei J5 die Signale jeweils nicht zu übertragender Bildpunkte ausgetastet werden. Diese Maßnahmen lassen sich in vorteilhafter Weise im Bildaufnahmeteil des betreffenden Teilnehmerendgerätes durchführen.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines kompatiblen BiIdfernsprechsystems,

F i g. 2 Reihenfolge und Lage der gemäß des erfindungsgemäßen Systems abzutastenden und wiederzugebenden Bildpunkte,

Fig.3 Blockschaltbild des sendeseitigen Teilnehmerendgerätes mit höherer Bildauflösung,

F i g. 4 Blockschaltbild des empfangsseitigen Teilnehmerendgerätes mit höherer Bildauflösung.

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 e>o mit einer Bildsignalbandbreite von etwa 1 MHz. Die Geräte sind im allgemeinen über eine Zentrale 4 mit den jeweiligen Übertragungskanälen 51, 52 und 53 verbunden, deren Bandbreite etwa 1 MHz beträgt.

Es wird vorausgesetzt, daß im gesamten Netz die Bildsignale in analoger Form übertragen und die Teilnehmerendgeräte 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.

Eine Kommunikation über die drei gezeigten Teilnehmerendgeräte 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 die höhere Auflösung der Geräte, die 4 MHz umfassende Bildsignale abgeben, nicht auswertbar, wenn angenommen wird, daß die Bandbreite der Übertragungskanäle durchwegs 1 MHz ist.

Um nun eine Kommunikation der drei Teilnehmer untereinander in der laut Erfindungsaufgabe geforderten Weise zu ermöglichen, wird gemäß dem erfindungsgemäßen System vorgeschlagen, daß von Teilnehmerendgeräten mit höherer Auflösung bzw. von den Geräten I und 3 Videosignale einer vorgegebenen, zyklisch sich wiederholenden Auswahl von Bildpunkten eines Vollbildes gesendet werden, wobei nach der Übertragung der jeweils in einem Zyklus von η 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.

Es ist z. B. vorteilhaft, daß für einen Halbzyklus von 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.

Dieses System soll anhand der F i g. 2 näher erläutert werden. Zeile 11 von F i g. 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. Mit Beginn des zweiten Halbbildes erfolgt schließlich die Abtastung der Zeilen 12, 22 usw. Am Ende des zweiten Halbbildes 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., jedoch in Offset-Lage, also mit Bildpunktaustastfolge 2,4,6..., abgetastet, dem mit den Zeilen 14, 24 usw. das vierte Halbbild folgt. Mit dem Ende des vierten Halbbildes ist das zweite abgetastet und der Halbzyklus von 2 Vollbildern beginnt von vorne mit Zeile 11 in unveränderter Lage, d. h. mit Bildpunktaustastfolge 2, 4, 6... Auf diese Weise wird das Bild gleichmäßig innerhalb eines Zyklus von 4 Vollbildern abgetastet und vollständig wiedergegeben.

Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Systems gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine flexible und ausbaufähige Anordnung, mit der auch höhere Zyklen von Vollbildern, beispielsweise mit η = 4, realisierbar sind, «.eigen F i g. 3 für die Sendeseite und F i g. 4 für die F.mpfangsseitc eines höher auflösenden Teilnehmerendgerätes 1 bzw. 3.

Um dieses System gemäß der Erfindung durchzufüh-

ren, sind jedem höher auflösenden Teilnehmerendgerät ein Transcoder 21, 23 (Fig. 1) und ein 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.

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.

Zur Anpassung der breitbandigen Bildsignale an das Schmalbandsystem mit 1 MHz Bandbreite werden die Bildsignale einem Selektor 201 und einer Taktzentrale 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.

Die Bildsignale werden über den vom Selektor gesteuerten Umschalter 202 in die Zeilenspeicher 203 und 204 eingelesen, über einen von der Taktzentrale gesteuerten Umschalter 205 ausgelesen und auf die Teilnehmeranschlußleitung 5 gegeben.

Während des Abtastens der ersten Bildzeile 11 (F i g. 2) wird jeder zweite Bildpunkt der Zeile in den Zeilenspeicher 203 eingelesen. Die Einspeichergeschwindigkeit ist statt 4 MHz dadurch lediglich 2 M Hz.

Nachdem die Bildzeile 11 eingelesen ist, wird in gleicher Weise die Bildzeile 21 in den Zeilenspeicher 204 eingelesen. Gleichzeitig wird Bildzeile 11 mit der Geschwindigkeit von 1 MHz aus dem Zeilenspeicher 203 ausgelesen. Durch das Auslassen der Zeile 12 (F i g. 2) steht ausreichend Zeit zur Verfügung, um die mit der Geschwindigkeit von 2 MHz eingelesenen Bildpunkte mit der Geschwindigkeit 1 MHz auszulesen.

Die Wiedergabe dieser ausgelesenen Bildpunkte erfolgt bei dem Teilnehmerendgerät mit der niedrigsten Auflösung ohne Zusatzgeräte in der üblichen Weise.

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

F i g. 4 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung für ein Teilnehmerendgerät mit hoher Auflösung zur Wiedergabe eines besser aufgelösten, also schärferen Bildes. Das von der Teilnehmeranschlußleitung 5 empfangene Bildsignal wird einer von den Zeilen-Synchronisierimpulsen des Bildsignals synchronisierten Taktzentrale 406 und über einen Umschalter 402 zwei Zeilenspeichern 403 und 404 zugeführt. Am Ausgang der Zeilenspeicher werden die den Bildsignalen entsprechenden Bildpunkte — von der Taktzentrale gesteuert — über einen Umschalter 405 in einen Umlaufspeicher 407 eingespeichert, an den ein Bildwiedergabegerät, beispielsweise ein Monitor 3, ange- μ schlossen ist

Die Arbeitsweise der Schaltung ist folgende:

Nachdem die Bildzefle 11 (F i g. 2) in den Speicher 403 mit der Geschwindigkeit 1 MHz eingelesen ist, werden die Bildpunkte des Speichers 403 mit der Geschwindigkeit 2MHz in den Umlaufspeicher 407 fiberführt Gleichzeitig wird der Zeilenspeicher 404 mit den Bildpunkten der Bildzeile 21 (Fi g. 2) geladen, während der Zeilenspeicher 404 ausgelesen wird, wird der Zeilenspeicher403mitder Bildzeile 31 geladen usf.

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.

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.

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.

Im Bildumlaufspeicher steht somit nach einem Zyklus von vier Vollbildern das volle Bild mit hoher Auflösung zur Verfügung. Durch die Offset-Lage der Bildpunkte und deren optische Interpolation ist gegenüber einem mit 4MHz 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.

Das erfindungsgemäße System 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 Bewegungdetektors, der Steuersignale bei veränderten Bildteilen abgibt, vermieden werden. Die im Bildumlaufspeicher gespeicherten, in der Umgebung des jeweils übertragenen neuen Bildpunktsignals liegenden Bildpunktsignale werden hierbei durch das übertragene neue Bildpunktsignal ersetzt. Ein geeigneter Bewegungsdetektor ist beispielsweise in der DE-OS 22 50 796 beschrieben. Durch diese Maßnahme werden bewegte Bildteile als Ganzes sich verändernd wiedergegeben, während unbewegte Bildteile in optimaler Auflösung erscheinen.

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 DE-OS 20 45 392 und DE-OS 20 46 974.

Eine andere einfache Möglichkeit zur Realisierung des erfindungsgemäßen Systems 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.

Für das angeführte Ausführungsbeispiel mit Teilnehmerendgeräten, 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 Bildpunktes übertragen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kompatibles Bildfernsprechsystem mit Teilnehmerendgeräten unterschiedlichen Bildaufiösungsvermögens und mit unterschiedlich genormten Bildsignalen, wobei von Teilnehmerendgeräten mit höherer Bildauflösung Bildsignale einer vorgegebenen, zyklisch sich wiederholenden Auswahl von Bildpunkten eines Vollbildes in der Übertragungsgeschwindigkeit des am niedrigsten auflösenden Teilnehmerendgeräts gesendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß während der Übertragung der Bildpunkte eines Zyklus von η Vollbildern jeder Bildpunkt des Vollbildes einmal übertragen wird, daß von Teilnehmerendgeräten mit der niedrigsten Bildauflösung bei der Bildwiedergabe die empfangenen Bildsignale direkt verarbeitet werden und von Teilnehmerendgeräten mit höherer Auflösung bei der Bildwiedergabe die empfangenen Bildsignale entsprechend der vorgegebenen Auswahl der Bildpunkte gespeichert werden und unter Verwendung der gespeicherten Signale wiedergegeben werden.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Zyklus von η = 4 Vollbildern für die Dauer jedes ersten Vollbildes jeder zweite Bildpunkt in jeder zweiten Zeile und für die Dauer jedes zweiten Vollbildes in Offset-Lage jeder zweite Bildpunkt jeder beim ersten Vollbild ausgelassenen Zeile ausgewählt wird.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß gespeicherte Bildpunktsignale, die in der Umgebung des jeweils übertragenen neuen Bildpunktsignals liegen und zu sich rasch ändernden Bildteilen gehören, durch das übertragene neue Bildpunktsignal ersetzt werden.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich komprimierte Bildsignale gespeichert werden, die beim Auslesen vor der Wiedergabe dekomprimiert werden.

5. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Teilnehmerendgerät mit höherer Bildauflösung das Bild mit der Bildwiedergabegeschwindigkeit und der Zeilenzahl des am niedrigsten auflösenden Teilnehmerendgerätes abgetastet wird, wobei jeweils nicht zu übertragende Bildpunktsignale ausgetastet werden.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem höher auflösenden Teilnehmerendgerät ein Transcoder (21, 23) und ein Bildumlaufspeicher (407) zugeordnet sind, 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 im Bildumlaufspeicher die empfangenen Bildpunktsignale unter Berücksichtigung der vorgegebenen Auswahl eingespeichert werden.