DE2551664C3 - Kompatibles Bildfernsprechsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kompatibles Bildfernspreehsystem mil Tcilnehmerendgeräten unterschiedlicher, Bildauflösungsvermögens und mit unterschiedlich genormten Bildsignalen gemäß Oberbegriff ties Hauptanspruclis.

Mit dem »Piciurephone« von Bell Labs, ist ein

schmalbandiges Bildfernspreehsystem bekannt geworden mit einer befriedigenden Bildauflösung bei Porlrätdarstellung. Dieses System arbeitet mit 32b7 Zeilen, einer Zcilenfreqiienz von 8 kHz und einer Übertragungsbandbreite von 1 MHz(BSTI 50, 1971, pp. 235 bis 269).

Soll dieses System jedoch für technische Zwecke benutzt werden, so ist die Bildauflösung nicht ausreichend. So laut sich mit dem bekannten System beispielsweise von einer Schreibmaschinenseite der Größe DIN A 4 nur jeweils ein Achtel der Fliehe 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-Sehreibmaschinenseite erreichbar ist (lEEE 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 Bildfernsprechsysteine bekannt geworden, die kompatibel mit der Fernsehrundfunknorm sind und die mit einem Übcriragungskanu! von 1 MHz Bandbreite arbeiten. Von den 625 Zeilen der Fernsehrundfunknorm wird beim 1. System jede 2. Zeile weggelassen, was zu einer starken 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 Bcwegiingsverschleppung. Beim 4. System wird vorgeschlagen, 2 örtlich benachbarte Zeilensignale zu mitteln und abwechselnd auf 2 Tcilbilder zu verteilen. Diese aufwendige Methode erfordert 2 llaltbildspcic Ii er.

Aufgabe der Erfindung war es daher, 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 Teilnehmerendgcrätcn niedriger Auflösung eine dieser entsprechenden Bildqualitäl erreicht wird.

Insbesondere soll ein Bildfernspreehsystem angegeben werden, mit dem sowohl schmalbandige Signale des Porträt-Bildfernsprechers, im folgenden PBF abgekürzt, als auch brcitbandigc Signale beim kommerziellen Bildfernsprecher, im folgenden nvt KBI' abgekürzt, mit möglichst geringem Aufwand übertragen und wiedergegeben werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem System der eingangs genannten Art durch die im Anspruch I 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 KBI-'-Teilnehmern mit der Übertragungsgeschwindigkeit des niedrig aullöscnden PBF-Systems übertragen wird, weitgehend erhallen bleibt. Bei PBF-Teilnchmem entfallen zusätzliche Anschaffungen. Der zusätzliche Aufwand der Teilnehmer mit KBF ist gering. Das System läßt sich einfach

realisieren und erlaubt Konferenzsehallungen /wischen 1Ί5Γ- und KBK-Teilnehmern.

Ferner lülii sich bei dem erfindungsgemäßen System die Bildauflösung in einfacher Weise verbessern. Ein besonderer Vorteil ist die Kompressionsw irkung für die analoge Bildübertragung. Bei vorgcg -bener 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 Bildteilen Signale aus vorhergehenden Teilbildern verschleppt werden.

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

Da ti. U. Bildkompressions- und Bilddekompressionseinrichiungcn 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 erfindiingsgemäße System mit möglichst wenig zusätzlichen Geräten, wie /.. B. Einrichtungen für die Auswahl der Bildpunkte und ehren 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 Tcilnehmerentgeräies abgetastet, wobei die Signale jeweils nicht zu übertragender Bildpunkte ausgetastet werden. Diese Maßnahmen lassen sich in vorteilhafter Weise im Bildaufnahnieteil des betreifenden Teilnehmerendgerätes durchführen.

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

Γ i g. I ein Blockschaltbild eines kompatiblen Bildfernsprechsy stems,

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

F i g. 3 Blockschaltbild des sendeseitigen Teilnehmerendgoräies mit höherer Bildauflösung,

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

F i g. 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 b25 Zeilen und 50 Halbbilder/Sekunde mit einer Bildsignalbandbreite von etwa 4 MHz, dar. Das Teilnehmerendgerät 2 dagegen ist ein als I'orträt-Bildfernsprccher bekanntes Teilnehmerendgerät mit einer niedrigen Auflösung, beispielsweise 313 Zeilen und 50 Halbbilder/Sekunde mit einer Bildsignalbandbreitc von etwa 1 MH/. Die Geräte sind im allgemeinen über eine Zentrale 4 mit den jeweiligen Übertragungskanälcn 51, 52 und 53 verbunden, deren Handbreite etwa I MIl/beträgt.

Fs wird vorausgesetzt, daß im gesamten Netz die Bildsignale in analoger Form übertragen und die Teilnehmercndgeräte das Zeilensprungverfahren anwenden, d. h. daß ein Vt)IIbUd aus zwei um einen Zcilenabstand versetzten Halbbildern aufgebaut ist. so daß 50 übertragene Halbbilder/Sekunde 25 Vollbilder/ Sekunde bilden. Jedoch ist die Erfindung nicht auf dieses speziel'e System beschränkt.

Eine Kommunikation über die drei gezeigten Tcilnehmerendgeräte 1 bis 3 ist normalerweise nicht möglich, da die Zeilenablenkgesehwindigkeit 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 vor« π Vollbildern ausgewählten Bildpunkte mindestens jeder /weite Bildpunkt des Vollbildes einmal übertragen wild. Von Teilnehmerendgeräten mit der niedrigsten Auflösung, beispielsweise von dem Gerät 2. werden bei der Bildwiedergabe die empfangenen Signale direkt verarbeitet. Von Teilnehmc-endgeräten mil höherer Auflösung werden dageger bei der Bildwiedergabe die empfangenen Signale entsprechend der vorgegebenen Auswahl der Bildpunkte gespeichert und unter Verwendung der gespeicherten Signale wiedergegeben.

Es ist z. B. vortcilha't, daß für einen Halbzyklus von 2 Vollbildern zunächst für die Dauer jedes ersten Vollbildes jeder zweite Bildpunkt in jeder /weiten Zeile, anschließend für die Dauer jedes /weiten Vollbildes in Offset-Lage jeder zweite Bildpunkt jeder beim ersten Vollbild ausgelassenen Zeile ausgewertet wird.

Dieses System soll anhand der F i g. 2 naher erläutert werden. Zeile 11 von F i g. 2 stellt schemaiisch die Biidpunkte der ersten Bild/eile dar. leder /weite Bildpunkt der Bild/eile wird ausgetastet, also beispielsweise der erste, dritte, fünfte, siebte usw. Nach der Bild/eile 11 wird gemäß dem Zeilensprungverfahren Zeile 21. dann Zeile 31 usw. abgetastet. Mit Beginn des /weiten Halbbildes erfolgt schließlich die Abtastung der Zeilen 12. 22 usw. Am Hnde des zweiten Halbbildes ist dann bereits das erste Vollbild abgetastet, indem jeder /weite Bildpunkt in jeder /weiten Zeile ausgewertet wurde. Im Anschluß an das erste abgetastete Vollbild wird nun das drille Halbbild, beginnend mit den Zeilen 13. 23 usw., jedoch in Offset-Lage, also mit Bildpunktaustastfolge 2, 4, b .... abgetastet, dem mn ilen Zeilen 14, 24 usw. das vierte Halbbild folgt. Mit dem Ende des vierten Halbbildes ist das /weile abgetastet und der Halb/yklus von 2 Vollbildern beginnt von vorne mit Zeile Il in unveränderter Lage, d.h. mit üildpunktaustastfolge 2, 4, b... Auf diese Weise wird das Bild gleichmäßig innerhalb eines Zvklus von 4 Vollbildern abgetastet und vollständig wiedergegeben.

Zur Realisierung des erfindungsgemäßcn Systems gibt es verschiedene Möglichkeiten. Fine 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 Empfangsseite eines höher auflösenden Teilnehmerendgerätes 1 b/w. 3.

Um dieses System gemäß der Erfindung diirch/ul'üh-

reu. sind jedem höher auflösenden Teilnclimcrentlgcrat ein l'ranscoder 21, 23 (I- ig. I) und em Bildiimlaufspcii'lier 407 zugeordnet, wobei der Transcoder mil I IiIIe eines Selektors 201 für die /u übertragenden Biklpunkic die vorgegebene Auswahl entspreeheiul der Norm ties am niedrigsien auflösenden I eilnehmerendgcrates irifli und millels des Bildumlaulspeicliers das empiang'.'ne bildsignal aufgrund der vorgegebenen Auswahl zusammensetzbar ist.

In I'ig. 3 isl die Sendeseile des höher auflösenden Teilnehmerendgeräies als Blockschaltbild dargestellt. Line liildaufnahniekamcra 1 liefert analoge Bildsignale eines in beispielsweise 625 Zeilen aufgelösten Vollbildes in jeweils 40 msec. Die abgegebenen analogen Signale haben eine Handbreite von etwa 4 MHz.

Zur Anpassung der breitbandigep. Bildsignale an das Sehmalbandsystcm mit 1 MHz Bandbreite werden die Bildsignale einem Selektor 201 und einer Taktzentralc 206 zugeführt. Die Taktzentrale wird von den im Bildsignal enthaltenen Zeilcn-Synehronisiersignalen 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 Zeilenspeichcr 203 und 204 eingelcsen, über einen von der Taktzentralc gesteuerten Umschalter 205 ausgelesen und auf die Teilnehmeranschlußleitung 5 gegeben.

Während des Abtastens der ersten Bildzeile 11 (I'ig. 2) wird jeder zweite Bildpunkt der Zeile in den Zciienspcicher 203 eingelesen. Die Linspcichergeschwindigkcit isl statt 4 MHz dadurch lediglich 2 MHz.

Nachdem die Bildzeile 11 eingelesen ist. wird in gleicher Weise die Bildzcilc 21 in den Zcilenspcicher204 eingclesen. Gleichzeitig wird Bildzeile 11 mit der Geschwindigkeit von 1 MHz aus dem Zeilenspeicher 203 ausgelesen. Durch das Auslassen der Zeile 12 (I'ig. 2) steht ausreichend Zeit zur Verfügung, um die mit der Geschwindigkeit von 2 MHz eingclesencn 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.

Lin 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 Teilnehmcranschlußleitung 5 empfangene Bildsignal wird einer von den Zeilcn-Svnchronisierimpulsen 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. angeschlossen ist.

Die Arbeitsweise der Schaltung ist folgende: Nachdem die Bildzeile 11 (Fig.2)in den Speicher403 mit der Geschwindigkeit 1 MHz eingelesen ist. werden die Bildpunkte des Speichers 403 mit der Geschwindigkeit 2MHz in den Umlaufspeicher 407 überführt. Gleichzeitig wird der Zeilenspeicher 404 mit den Bildpunkten der Bildzeile 21 (F i g. 2) geladen, während der Zeilenspeieher 404 ausgelesen wird, wird der Zeilenspeicher4()5 mit der Bildzeile 51 geladen usl.

Nach dem Einspeichern ties ersten Halbbildes in den I Imlaiilspeieher wird anschließend das zweite Halbbild, beginnend mil der Bildzeile 12 (I'ig. 2) in den I Imliiufspeicher in tier gleichen Weise eingespeichert.

Beim Einspeichern ties dritten Halbbildes steuert die Taktzentrale tlie Ausgabe ties jeweiligen Zeilenspeichers derail, daß die Offsct-Lage tier Bildpuiikte tier Zeilen I i. 2 3 usw. berücksichtigt ist.

In der gleichen Weise, wie tlas 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 Bildiimlaulspeichers überschrieben wird.

Im Bildumlaufspcicher steht somit nach einem Zyklus von vier Vollbildern das volle Bild mit hoher Auflösung zur Verfugung. Durch die Offset-Lage der Bildpunktc und deren optische Interpolation ist gegenüber einem mit 4 MHz Bandbreite übertragenen Bild keine merkliche Qualilälseinbuße feststellbar. Durch die erfindungsgemäße Transcodierung wird in dem angeführten Ausführungsbeispiel ein Kompressionsfaktor für die Bandbreite um den Faktor 4 erreicht.

Das erfindungsgeniäße System des sukzessiven ßilduiifbaiis und der Bildregcnericrung kann jedoch in bewegten Bildtcilen zum partiellen, insbesondere /eilenweisen 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 Bildieilen abgibt, vermieden werden. Die im Bildumlaufspcicher gespeicherten, in der Umgebung des jeweils übertragenen neuen Bildpunklsignals liegenden Bildpunktsignale werden hierbei durch das übertragene neue Bildpunktsignal ersetzt. Hin geeigneter Bewegungsdetcktor ist beispielsweise in der DE-OS 22 50 79b beschrieben. Durch diese Maßnahme werden bewegte Bildieilc 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 Möglichkeil 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 Teilnehmerendgerätcn von der Bildzeile 11, 21, 31 usw. (Fig. 2) die Bildpunktsignale jedes vierten Bildpunktes übertragen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kompatibles Bildfernspreehsystem mil Teilnehmcrendgcrätcn unterschiedlichen Bildauflösungsvermögens 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 π Vollbildern jeder Bildpunkt des Vollbildes einmal übertragen wird, daß von Teilnehmerendgeräten mit der niedrigsten Bildauflösung bei der Bildwiederg-ibe 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 Bildpunk'signalc, 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 vorder Wiedergabe dekomprimiert werden.

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

b. System nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß jedem höher auflösenden Tcilnchmerendgcrät ein Transcoder (21, 23) und ein Bildumlaufspeicher (407) zugeordnet sind, wobei der Transcoder mit Hilfe eines Sclektors (201) für die zu übertragenden Bildptinkte die vorgegebene Auswahl entsprechend der Norm des am niedrigsten auflösenden Teilnehmerendgerätes trifft und im Bildumlaufspeicher die empfangenen Bildpunktsignale unter Berücksichtigung der vorgegebenen Auswahl eingespeicher; werden.