DE2614388A1 - Synchronisierungseinrichtung fuer fernsehzwecke - Google Patents

Description

RCA 69,289

Brit. Appln. No : 13 94-7/75

Filed : April 4-, 1975

RCA Corporation New York, N. Y., V. St. v. A.

Synchronisierungseinrichtung für Fernsehzwecke

Die Erfindung bezieht sich auf Synchronisierungseinrichtungen für Fernsehzv.'ecke und betrifft speziell Einrichtungen zur Synchronisierung von Fernsehsignalen aus zwei oder mehreren Bildsignalquellen, zum Beispiel aus zwei oder mehreren Fernsehkameras.

Bei der Zusammenstellung von Fernsehprogrammen ist es häufig erwünscht, über zwei oder mehrere Ereignisse gleichzeitig zu berichten und dem Zuschauer Tricks wie zum Beispiel geteilte Bilder vorzuführen. Eine solche Parallelberichterstattunn; wir el beim Fernsehen dadurch erreicht, daß man zwei oder mehrere BiId- und Tonsignale aus getrennten Quellen auf eine als "Video-Switcher" (Fernsehumschalter oder Trickmischschalter) bekannte Einrichtung gibt. Diese Umschalteinrichtung kann so programmiert werden, daß sie aus den' von mehreren Quellen kommenden Informationen für den Zuschauer Szenen zusammenstellt, in denen ein

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ORIGINAL INSPECTED

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Teil der Bildzeilen die Information einer ersten Fernsehquelle bringt, während der übrige Teil der Zeilen die Information einer zweiten Fernsehquelle wiedergibt. Ein solches Bild zeigt dann zwei Ereignisse räumlich übereinander. Es ist auch möglich, ,jeweils Teile einer Zeile zur Wiedergabe der Fernsehinformationen aus einer oder mehreren Quellen zu verwenden, um auf diese Weise ein Bild zu erzeugen, in-welchem die Ereignisse räumlich-neben-" ~· einander gezeigt werden. Alternativ kann ein Ereignis auch an irgend einer beliebigen Stelle innerhalb der Szene eingeblendet werden. Einrichtungen zur Herbeiführung solcher Tricks sind in der Fernsehtechnik allgemein bekannt.

Damit die vorstehend beschriebenen Tricks durchgeführt werden können, müssen die am Fernsehumschalter ankommenden Fernsehsignale phasenkoinzident sein. Um eine solche Phasenkoinzidenz sicherzustellen, wird üblicherweise ein Hauptbezugssignal in Form eines externen Signalgemischs zur Verfügung gestellt, mit dem alle die Fernsehquellen wie etwa Fernsehkameras durch ein als "Genlock" bekanntes Verfahren synchronisiert werden. Eine solche Genlock-Betriebsweise vermag jedoch nicht in allen Fällen für Phasenkoinzidenz der aus mehreren Quellen kommenden Fernsehsignale zu sorgen. Dies gilt insbesondere dann, wenn Signale aus entfernt angeordneten Kameras von mehreren Studios und/oder von Außenaufnahmen mit dem Programm eines Sendenetzes zusammen zu mischen sind. Die Entfernung und die Behandlung des Hauptbezugssignals in Kabeln und Mikroxi/ellen-Übertragungsstrecken führen zu unterschiedlicher Phasenverschiebung der zu den Anschlüssen des Fernsehumschalters gelangenden Fernsehsignale, so daß es praktisch unmöglich wird, die Bildsignalquellen einwandfrei miteinander zu mischen.

Eine erfindungsgemäße Fernseh-Synchronisierungseinrichtung enthält einen spannungsgesteuerten Oszillator, der mit einer Synchronsignal-Erzeugerschaltung verbunden ist, um Fernseh-Zeitsteuersignale zu erzeugen. Mit der Synchronsignal-Erzeuger-

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schaltung ist ein Phasendetektor gekoppelt. Ferner sind eine · Quelle für Bezugssignale und ein Oszillator vorgesehen, mit deren Hilfe eine Steuerspannung erzeugt wird, die charakteristisch für- die relative Phasenlage der aus der Synchronsignal-Erzeugerschaltung kommenden Signale und der Bezugssignale ist und die Frequenz des Oszillators derart steuert, daß die Bezugssignale und'die erzeugten Synchronsignale in Phasenkoinzidenz gebracht werden. Die Kopplung zwischen dem Phasendetektor und den Bezugssignalen oder den erzeugten Synchronsignalen erfolgt über eine verstellbare Verzögerungseinrichtung, um die zeitliche Lage der erzeugten Synchronsignale gegenüber den BezugsSignalen selektiv verändern zu können.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen an Hand von Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 zeigt das Blockschaltbild eines Fernseh-Synchronisierungsgenerators, in welchem die vorliegende Erfindung verkörpert ist;

Figur 2 zeigt das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 3 zeigt V/ellenformen zur Veranschaulichung des Betriebs der Anordnung nach den Figuren 1 und 2.

In der Anordnung nach Figur 1 befindet sich ein spannungsgesteuerter Oszillator 3oo mit einer Mittenfrequenz von 14-,318 MHz, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Ί : 7 - Untersetzers 4-oo verbunden ist. Der Ausgang des Untersetzers 4-oo führt zum Takteingang einer Synchronsignal-Erzeugerschaltung 4-oo, um diese Schaltung mit einer Grundtaktfrequenz von 2,o4-54- MHz zu versorgen. Der Synchronsignalerzeuger 5°o, der in integrierter Bauweise ausgelegt sei, erzeugt die erforderlichen Zeitsteuersignale für die Fernsehkamera in Form eines zusammengesetzten Ablenk-Synchronsignals (S-Gemisch), eines zusammengesetzten Austastsignals

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(Λ-Signale), eines Schlüsselimpulses für den Farbsynchronimpuls oder "Burst" (F-Schlüssel) sowie Horizontal- und Vertikal-Ablenksteuersignale, wie in Figur Λ angegeben. Der Synchronsignalerzeuger 5oo liefert ferner ein Ausgangssignal mit der halben Horizontal- oder Zeilenfrequenz, welches mit fjj/2 bezeichnet ist und, wie später noch beschrieben, als Vergleichssignal verwendet wird, um die Phase der Zeitsteuersignale vom Ausgang des Synchronsignalerzeugers 5oo hinsichtlich der Horizontalphase zu regeln. Das mit f-rl/2 bezeichnete Ausgangssignal des Synchronsignalerzeugers 5oo wird auf den Eingang B des Horizontalphasenreglers 1oo gegeben. Der Ausgang D dieses Reglers 1oo liefert ein Signalmit dem Kamen f{j/2, welches auf einen Eingang eines Phasendetektors 2oo gegeben wird.

Ein externes Horizontal-Hauptbezugssignal (H-Bezug) wird auf den Eingang eines 1:2- Untersetzers gegeben, der seinerseits mit einem zweiten Eingang des Phasendetektors 2oo verbunden ist, um diesem Eingang vom Η-Bezug abhängiges Signal fy/2 zuzuführen. Der Phasendetektor 2oo stellt durch Vergleich fest, ob die negativ gerichtete Flanke des Bezugssignals fg/2 mit der negativ gerichteten Flanke des vom Horizontalphasenreglers 1oo kommenden Signals f*u/2 zeitlich zusammenfällt und erzeugt als Ausgangssignal eine Steuergleichspannung. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 2oo wird auf den Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators 3oo gegeben, womit eine "Schleife" geschlossen ist. Diese Schleife wird gemeinhin als Phasen-Synchronisierungsschleife bezeichnet und hält über ihren Arbeitsbereich den Ausgang des Synchronsignalerzeugers phasenstarr mit dem H-Bezugssignal. V/ie oben erwähnt, ist es jedoch erwünscht, in einer solchen Phacen-Synchronisierungsschleife für die Möglichkeit eines Vorrückens oder Verzögerns der Ausgangssignale des Synchronsignalerzeugers zu sorgen, um Systemverzögerungen ausgleichen zu können. Um entsprechende Änderungen in der zeitlichen Lage der Horizontalsignale durchzuführen, kann man in der Phasen-Synchronisierungsschleife beispielsweise innerhalb des Horizontalphasenreglers 1oo eine Verzögerungsschaltung vorsehen, welche die Vorderflanke des

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f"/2-Ausgangssignals vor dessen Zuführung zum Phasendetektor 2oo effektiv verzögert·

Da der Phasendetektor 2oo für Nullphasenbetrieb geschaltet ist, werden die negativ gerichteten Flanken der beiden Eingangssignale frr/2 und f-i/2 stets in die Koinzidenz gezwungen. Wenn also die Phasen-Synchronisierungsschleife gemäß der Darstellung in Figur i geschlossen ist, dann wird das Ausgangssignal fjj/2 des Synchronsignalerzeugers gegenüber dem H-Bezugssignal um das Maß der im Horizontalphasenregler 1oo mitgeteilten Verzögerung vorverschoben. Wenn man diese Verzögerung veränderbar macht, dann ist die resultierende zeitliche Vorverschiebung ebenfalls veränderbar. Wenn beispielsweise das Maß der vom Horizontalphasenregler 1oo mitgeteilten Verzögerung über einen Bereich veränderbar gemacht wird, der von einer kürzeren Zeit als einer Horizontalperiode bis zu einer längeren Zeit als einer Horizontalperiode reicht, dann lassen sich die Zeitsteuersignale vom Ausgang der Erzeugerschaltung 5oo von einer effektiven Voreilung bis zu einer effektiven Nacheilung gegenüber dem H-Bezugssignal verschieben. Analoge Verzögerungsschaltungen zur Verwendung in Phasen-Synchronisierungsschleifen können für lange Verzögerungszeiten instabil sein und auch Mängel hinsichtlich der Reproduzierbarkeit aufweisen. Außerdem sind analoge Verzögerungsschaltungen nicht leicht von einer entfernten Stelle aus steuerbar, es sei denn, die Verarbeitung des Fernsteuersignals unterliegt einer sorgsamen Kontrolle. Wie nachstehend beschrieben werden wird, läßt sich jedoch das zeitlich abgestimmte Einfügen einer Kamera in ein Tricksystem weit besser und leichter durchführen, wenn die Verzögerungsschaltung eine digital-gesteuerte Einrichtung ist. Bei Verwendung einer digitalen Verzögerungsschaltung wird auch die Stabilität der Phasensynchronisierungsschleife viel besser, insbesondere wenn die Verzögerungszeiten lang sind, da die Flanken aller Zeitsteuersignale unter Steuerung einer einzigen Taktquelle stehen. Eine digitale Verzögerungsschaltung hat auch den Vorteil,

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daß sie mittels einer Datenleitung von fern programmierbar ist und eine Art Speicher bilden kann, worin die Verzögerung reproduziert werden kann oder Änderungen während der Ein/Aus-Periode irgendeiner speziellen Kamera im voraus berücksichtigt werden können.

In Figur 2 ist das Blockschaltbild nach Figur 1 mit Einzelheiten des Horizontalphasenreglers loo dargestellt. Im Horizontalphasenregler 1oo befinden sich drei hintereinander geschaltete 4--Bit-Synchronzähler 112, 113 und 114, die eine 12-Bit-Zählschaltung bilden. Jeder der Zähler 112, 113 und 114- ist programmierbar, indem an seinen mit 9_? 1o, 1, 15 bezeichneten Anschlüssen geeignete Daten eingegeben werden, wenn diese Anschlüsse "niedrig" sind. Die Zähler bilden eine hintereinander geschaltete Kaskade, in-'den der mit 12 bezeichnete übertragausgang jedes Zählers an den mit 5 bezeichneten Vorwärts-Zähleingangs des nächsten Zählers angeschlossen ist. Auf diese V/eise liefert der Übertragausgang jedes Zählers einen Impuls gleicher Breite zum Vorwärts-Zähleingang, wenn der programmierte Zählwert im jeweiligen Zähler erreicht ist.

Der Takteingang für die Zähler 112, 113 und 114- wird von den im Synchronisierungsgenerator enthaltenen 14-,318 MHz-Taktgeber abgeleitet. Natürlich können auch andere Taktfrequenzen verwendet werden, die ein Vielfaches der 14-,318 MHz-Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators 3oo sind. Es kann auch ein gesonderter Taktgeber verwendet werden, der beispielsweise einen integralen Bestandteil des Ilorizontalphasenreglers 1oo bildet.

Im Betrieb wird das fü/2-Ausgangssignal vom Synchronsignalerzeuger 5oo über einen als nachtriggerbarer monostabiler Multivibrator ausgebildeten Impulsformer 115 auf ein Verknüpfungsglied 1o9 gegeben, welches Teil einer sogenannten Verklinkungsschaltung (elektronische Klinke) ist. Das Ausgangssignal dieses Klinkengliedes 1o9 schaltet ein Verknüpfungsglied 111 (Tor) durch, so daß

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dieses Glied Taktimpulse.vom spannungsgesteuerten Oszillator 3oo an den Vorwärts-Zähleingang der Zählerkette 112, 113» 114· durchlassen kann. Die Zähler beginnen mit dem Zählen der Taktimpulse und zählen so lange weiter, bis die Anzahl der gezählten Taktimpulse gleich ist der in die Dateneingänge der Zähler 112, 113» 114· eingegebenen Digitalzahl. Wie erwähnt, bilden die Zähler 112, 113, 114- eine Reihenschaltung aus drei 4-Bit-Synchronzählern, die

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bis zu einem Gesamtergebnis von 2 oder 4o96 Taktimpulsen zählen können. Wenn der Endstand erreicht ist, dann wird ein Übertrag-Ausgangsimpuls (Anschluß 12 des Zählers 114) auf das Klinkenglied 11o zurückgekoppelt, welches daraufhin das Glied 111 zurückstellt und außerdem alle Dateneingänge in den "niedrigen" Zustand versetzt. Um den Zyklus erneut zu starten, muß die Zählschaltung nun darauf warten, daß ein weiterer Triggerimpuls an der Klemme B erscheint. Während des besagten "niedrigen" Zustands können die Dateneingänge neu programmiert werden, und zwar litteis individueller Datenschalter 7oo oder durch Fernprogrammierung dieser selben Datenleitungen.

Der Bereich, über den das Vorrücken oder die Verzögerung möglich ist, wird bestimmt durch die Periode der vom spannungsgesteuerten 14·,318 MHz-Oszillator 3oo abgeleiteten Taktimpulse, die ungefähr 7o Nanosekunden beträgt. Folgende Tabelle gibt die Zeitverzögerung abhängig vom Zustand des Dateneingangs an:

Dateneingang Zeitverzögerung

2¹ 69,84- Nanosekunden

2² 139,68 Nanosekunden 2^ 279,365 Nanosekunden 2⁴ 558,73 Nanosekunden 2? 1,117 Mikrosekunden 2⁶ 2,235 Mikrosekunden 2^ 4,47o Mikrosekunden 2⁸ 8,93 Mikrosekunden

609842/0759 " ⁸ ~

Dateneingang	9
2	1o
2	11
2	12
2

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Zeitverzögerung

17,88 MikrοSekunden 35»76 MikroSekunden 71,52 Mikrosekunden

143,o3 Mikrosekunden

Die Arbeitsweise der Schaltungen nach den Figuren 1 und 2 läßt sich am besten verstehen, wenn man die Wellenformen nach Figur 3 in Verbindung mit der Tabelle der Zeitverzögerungen je Taktimpulsperiode betrachtet.

Wenn man die ersten zehn Bits der zwölfstelligen Binärzahl verwendet, dann erhält man einen Verzögerungsbereich von ο bis 71,44 Mikrosekunden, wobei die niedrigstwertige Stelle 1 Bit oder ungefähr 7° Nanosekunden ausmacht. Die beiden letzten dieser Bits bewirken eine Verzögerung von 53»64 MikrοSekunden, was im Falle einer Horizontalperiode von 63,55 MikroSekunden (NTSC-Norm) so viel bedeutet wie eine Vorverschiebung des nächsten Synchronimpulses vom Synchronsignalerzeuger 5oo um 9,91 Mikrosekunden. Wie in Figur 2 dargestellt, sind die beiden höchstwertigen Bits (Dateneingänge 9 und 1o des Zählers 114) "hoch" gemacht, was zu einer festen Systemverzögerung von 53»64 Mikrosekunden führt. Die übrigen acht Bits sind veränderlich, beispielsweise mit Hilfe von Schaltern 7oo oder über eine Ferndatenleitung. Mit diesen acht Bits läßt sich somit eine zusätzliche Verzögerungszeit bis in Höhe von 17»79 Mikrosekunden erreichen, die mit einer Auflösung oder Teilung von 7o Nanosekunden veränderbar ist. Mit derartiger Programmierung kann die Phase von einer Voreilung um 9,91 Mikrosekunden bis zu einer Verzögerung oder Nacheilung um 7»88 Hikrosekunden verschoben werden.

In Figur 3 zeigt die Wellenform A das Horizontal-Bezugssignal (Η-Bezug), während die Wellenform B das Ausgangssignal fg/2 des 1:2- Untersetzers 6öo zeigt.

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Die Wellenform 0 ist das Ausgangssignal fu/2 an der Klemme D der Zählerschaltung 1oo nach Figur 2. Zur Erläuterung des Betriebs sei angenommen, daß alle Dateneingänge zu den Zählern 112, 113j 114· "niedrig" eingestellt sind, um die Schaltung auf den Zählerstand 1o24· zu programmieren, und daß an die Klemme B der Schaltung 1oo nach Figur 2 ein Signal fjj/2 gelegt wird. Ein an das Glied 1o9 angelegter Triggerimpuls entsprechend der Wellenform E nach Figur 3 läßt die Zählung von Taktimpulsen beginnen, indem das Glied 111 aktiviert wird» Die Zählung bis zum Wert 1o24· ist mit der Wellenform D veranschaulicht. Am Ende der Zählung wird ein dem Glied 11o zugeführtes Ausgabesignal auf das Glied 111 gekoppelt, womit die Zählung angehalten wird. Da die Phasen-Synchronisierungsschleife geschlossen wurde und ein Merkmal dieser Schleife darin besteht, die negativ gerichteten Flanken der Eingangssignale fjj/2 und fu/2 in Koinzidenz zu bringen, werden die negativ gerichtete Flanke H der das Signal fj°/2 darstellenden Wellenform B und die negativ gerichtete Flanke I des verzögerten Ausgangssignals des Phasenreglers 1oo in Koinzidenz gebracht. Dies zwingt den mit der Wellenform E dargestellten Start- oder Eingabeimpuls in die gezeigte zeitliche Lage, vomit eine Phasenvoreilung vom 9,91 Hikrosekunden erhalten v.'ird. Dieser Eingabeimpuls fällt hiermit dem durch die Wellenform G gezeigten Auegangsimpuls des Synchronsignalerzeugers 5oo zusammen, und die Phasenvoreilung entspricht der in Figur 3 gezeigten Zeitspanne

In ähnlicher Weise zeigen die Teile der Wellenformen auf der rechten Seite der Figur 3 die maximale Phasenverzögerung, wenn die Dateneingänge der Zähler 112, 113» 114· alle "hoch" sind, was eine Programmierung auf den Zählwert 768 bedeutet. Die maximale Phasenverzögerung von 7» 88 Mikrosekunden ist mit der Zeitspanne t_Q - t_R dargestellt. Während des Betriebs können die Dateneingänge zu den Zählern 112, 113, 114· am Endendes Zählzyklus programmiert werden, das heißt immer wenn sie sich in einem "niedrigen" Zustand befinden. Diese Programmierung kann

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entweder mittels der handbetätigten Datenschalter 7oo oder über eine Ferndatenleitung erfolgen, um den programmierten Zählwert von 1o24- bis 768 zu ändern und somit verschiedene Phasenbedingungen zu erhalten, die von einer Voreilung um 9*91 Mikrosekunden (zeitliche Lage t_) über t bis zu einer Nacheilung oder Ver-

SL O

zögerung von 7j88 Mikrosekunden .(zeitliche. Lage tn)__reichen,. das heißt,man hat einen Änderungsbereich zwischen Phasenvoreilung und Phasenverzögerung von insgesamt 17» 79 Mikrosekunden.

Das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel wurde mit den nachstehend aufgeführten handelsüblichen integrierten Schaltungen und Bauteilen gebaut, und es hat sich gezeigt, daß diese Anordnung zufriedenstellend gemäß der Erfindung arbeitet.

Elemente Werte und Typenbezeichnungen

1o1~1o8 lo-Kiloohm-Widerstände

1o9, Ho, 111 Texas Inst. Quad-gate SN74oo

112, 113, 114 Texas Inst. Counter - SN74-LS193

115 Motorola Mono-Stable MC86o1

2oo Motorola Phase Detector - MCW-344

3oo Motorola VGO MÖ4-O24-

4-00 Texas Inst. TI74-93

5oo National Semiconductor Sync -

Generator NM5320

600 , Motorola JK Flip-Flop MO853

+V 5 Volt Gleichspannung

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   MJ Synchronisierungseinrichtung für Fernsehzwecke mit einem spannungsgesteuerten Oszillator, der mit einem Synchronsignalerzeuger zur -Erzeugung von Fernseh-Zeitsteuersignalen verbunden ist, ferner mit einer Quelle für Bezugssignale und einem Phasendetektor, der mit der Bezugssignalquelle und dem Oszillator gekoppelt ist und eine von der gegenseitigen Phasenlage der vom Synchronsignalerzeuger und von der Bezugssignalquelle kommenden Signale abhängige Steuerspannung erzeugt, um die Phasen dieser Signale in Koinzidenz zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Phasendetektor (2oo) einerseits und die Bezugssignalquelle (H-Bezug) oder den Synchronsignalerzeuger (5oo) andererseits eine veränderbare Verzögerungseinrichtung (loo) gekoppelt ist, um das zeitliche Auftreten der Signale des Synchronsignalerzeugers bezüglich der Bezugssignale wahlweise zu justieren. .
2. 2. Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit der veränderbaren Verzögerungseinrichtung (loo) von einem Maß, welches kürzer ist als eine Fernsehzeilenperiode,bis zu einem Maß, welches langer ist als eine Fernsehzeilenperiode, veränderbar ist, um die Signale des Synchronsignalerzeugers von einer Phasennacheilung bis zu einer Phasenvoreilung gegenüber den Bezugssignalen verschieben zu können.
3. 3. Synchronisierungseinriehtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit von einem Maß, welches kürzer ist als eine Fernsehzeilenperiode, bis zu einem Maß, welches langer ist als eine Fernsehzeilenperiode, veränderbar ist, um die Phase der Bezugssignale von einer Phasenvoreilung

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   bis zu einer Phasennacheilung gegenüber den Signalen des Synchronsignalerzeugers verschieben zu können.
4. 4-. ■ Synchronisierungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbare Verzögerungseinrichtung (loo) so angeschlossen ist, daß sie die Signale (f-il/2) des Synchronsignalerzeugers (5oo) gegenüber den Bezugssignalen (fu/2) verzögert, und daß die veränderbare Verzögerungseinrichtung eine auf die Signale des Synchronsignalerzeugers ansprechende programmierbare Zählerschaltung (112 bis 114-) enthält und eine Start/Stopp-Verknüpfungsschaltung (Ίο9) aufweist, welche die Zählerschaltung bei Empfang des Signals aus dem Synchronsignalerzeuger (5oo) einschaltet und die Zählerschaltung abschaltet, wenn letztere ihren programmierten Zählerstand erreicht, so daß die Signale des Synchronsignalerzeugers um eine Zeitspanne verzögert werden, die dem programmierten Zählerstand der Zählerschaltung entspricht.
5. 5. Synchronisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte Oszillator aus einer Taktimpulsquelle besteht.

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