DE2823228C2

DE2823228C2 - Einrichtung zur Verbesserung der Bildqualität bei der Faksimile-Übertragung

Info

Publication number: DE2823228C2
Application number: DE19782823228
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Dipl.-Ing. 2301 Raisdorf Sommer; Hermann 2300 Kiel Wischer
Original assignee: Dr Ing Rudolf Hell GmbH
Current assignee: Dr Ing Rudolf Hell GmbH
Priority date: 1977-05-05
Filing date: 1978-05-27
Publication date: 1982-04-29
Also published as: DE2823228A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zur Verbesserung der Bildqualität bei der Übertragung von Faksimilesignalen nach Patent 27 20 079, bei dem die Faksimilesignale aus einem Bildsignal abgeleitet sind, daß im wesentlichen ein Signal einer Polarität mit einer Mindest-Amplitude für einen Informationszustand und einer Maximal-Amplitude für einen anderen Informationszustand ist, wobei von den Wechseln der

55 werden, wobei zur Bildung der Umklappimpulse von einem Bildsignal ausgegangen wird, das vorher in einer Signalformer-Schaltung aufgestellt wurde, und bei dem die Umklappimpulse unmittelbar durch Vergleich des aufgestellten Bildsignals mit einem Schwellwert gewonnen werden.·

In der Faksimile-Übertragungstechnik wird häufig eine Bandbreitenreduktion durch Umwandeln des durch Vorlagenabtastung gewonnenen Bildsignals in ein Drei-Pegel-Signal vorgenommen, um Bandbreite im Übertragungskanal zu sparen oder um die Übertragungsgeschwindigkeit zu vergrößern.

Dazu wird das Bildsignal mit einem Schwellwert verglichen und jeweils bei einem Schnittpunkt ein Umklappimpuls gewonnen, der über- bzw. unterhalb des Schwellwertes liegende Anteile des Bildsignals umklappt In dem durch diesen Umklappvorgang erzeugten Drei-Pegel-Signai treten somit die Signalwerte ± 1 und 0 auf, wobei je nach Vereinbarung den Signalwerten ±1 die Vorlageninformation »Schwarz« und dem Signalwert 0 die Vorlageninformation »Weiß« oder umgekehrt zugeordnet werden.

Durch das begrenzte Auflösungsvermögen des Abtastorgans entstehen bei Abtastung von feinen Strichen und Bilddetails mit geringem Kontrast kleine Bildsignal-Amplituden, welche den Schwellenwert nicht erreichen und daher auch keine Umklappimpulse auslösen. In diesem Falle tritt bei der Übertragung ein Informationsverlust auf, und das Faksimile wird fehlerhaft aufgezeichnet

In dem Hauptpatent 27 20 079 wird nun ein Verfahren solcher Informationsverluste angegeben, bei dem das Bildsignal, bevor die Bildung von Umklappimpulsen erfolgt einer Amplitudenaufsteilung unterworfen wird. Das aufgestellte Bildsignal schneidet nunmehr der Schwellenwert, und alle für eine fehlerfreie Übertragung erforderlichen Umklappimpulse werden gewonnen.

Diese Amplitudenaufsteilung kann aber nur dann sinnvoll durchgeführt werden, falls das Bildsignal einen wertekontmuierlichen Verlauf aufweist wie es beispielsweise bei Vorlagenabtastung mit einem diskreten optoelektronischen Wandler der Fall ist

Um die Abtastgeschwindigkeit zu erhöhen, wird eine Vorlage häufig gleichzeitig mittels einer Vielzahl optoelektronischer Wandler (Fotodiodenzeile) mit integrierter oder nachgeschalteter Auswerteschaltung abgetastet Solche Fotodiodenzeilen liefern ein gepulstes oder treppenförmiges Bildsignal, also wertediskontinuierliche Signalverläufe, die für eine Amplitudenaufsteilung nicht geeignet sind.

Hinzu kommt daß bei der Verwendung solcher Fotodiodenzeilen durch die optische Abbildung der Vorlageninformation auf die Fotodiodenzeile und durch Nebensprechen zweier benachbarter Fotodioden ein verflachtes Bildsignal auftritt Dieser Detailverlust könnte durch eine geeignete Impulsaufsteilung wieder kompensiert werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

Informationen dieses Signals Umklappimpulse für die

Bildung eines Signals wechselnder Polarität gewonnen 60 gegenüber dem~Hauptpatent weitergebildete Einrichwerden, dessen entgegengesetzte Polaritäten einen tung anzugeben, mit der auch bei wertediskontinuierli-Informationszustand repräsentieren und dessen Null- chem Bildsignalverlauf eine Amplitudenaufsteilung zur Lage den zweiten Informationszustand darstellt, bei Verbesserung der Bildqualität bei der Übertragung vcn dem das Signal wechselnder Polarität dadurch gebildet Faksimilesignalen durchführbar ist
wird, daß bei jedem Umklappimpuls sukzessive die ₆5 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, Operationen Einschalten eines Signals einer Polarität daß die Übertragungsfunktion der Signalformer-Schal-Wechsel zur Null-Lage, Einschalten eines Signals einer tung zur Bildung eines kontinuierlichen Bildsignals eine

anderen Polarität Wechsel zur Null-Lage durchlaufen Tiefpaß-Charakteristik und eine Verstärkungsüberhö-

hung für höhere Frequenzen zur Amplitudenaufsteilung aufweist.

In einer ersten Ausführungsform besteht die Signalformer-Schaltung aus einem Tiefpaß-Filter mit nachgeschalteter Impulsformerstufe zur Amplitudenaufsteilung.

In einr weiteren Ausführungsform ist die Signalformer-Schaltung aus einem Tiefpaß-Filter aufgebaut, dessen Übertragungsfunktion eine Verstärkungsüberhöhung für höhere Frequenzen zur Amplitudenaufsteilung aufweist

Aus »Nachrichtentechnik II« nach Vorlesungen von K. Steinbuch, Karlsruhe, 1961, S. 155 und 156, ist es zwar schon bekannt, pulsförmige Signale mittels eines Tiefpaß-Filters in kontinuierliche Signale umzuwandeln. Dort geht es aber um die Demodulation von pulsamplitudenmodulierten Signalen, nicht aber um die Amplitudenaufsteilung von pulsförmigen Bildsignalen, die bei Vorlagenabtastung mit Fotodiodenzeilen gewonnen werden.

Die Erfindung wird anhand der F i g. 1 - 5 erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild einer Faksimile-Abtasteinrichtung;

Fig.2 eine Variante der Faksimile-Abtasteinrichtung;

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel für ein Tiefpaß-Filter; Fig.4 ein Ausführungsbeispiel für ein Abtastorgan;

F i g. 5 eine schematische Darstellung der in F i g. 1 und 2 auftretenden Signale.

F i g. !,zeigt eine Weiterbildung der in Fig. 1 und 2 des Hauptpatents dargestellten Faksimile-Abtasteinrichtung.

Die zu kopierende Vorlage i wird von einer Lichtquelle 2 beleuchtet, und das von der Helligkeitsinformation der Vorlage 1 modulierte Abtastlicht wird über ein Objektiv 3 in ein Abtastorgan 4' reflektiert und dort mittels optoelektronischer Wandler in ein Bildsignal umgesetzt \

Der optoelektronische Wandler ist aus einer Fotodiodenzeile und einer Auswerteschaltung aufgebaut die von einer Abtasttaktfolge gesteuert wird. Ein solches Abtastorgan 4' erzeugt ein puls- oder treppenförmiges Bildsignal. Das Bildsignal wird im Abtastorgan 4' verstärkt und gegebenenfalls bei einem gepulsten Signalverlauf mittels einer Sample-and-Hold-Schaltung in ein treppenförmiges Bildsignal umgesetzt

Ein Ausführungsbeispiel für ein Abtastorgan zeigt Fig. 4.

Vorzugsweise erstreckt sich die Fotodiodenzeile über eine ganze Zeile der Vorlage 1, so daß jeweils eine Zeile ohne Relativbewegung zwischen Abtastorgan 4' und Vorlage 1 abgetastet und nach Abtastung dieser Zeile ein Vorschubschritt zur nächsten Zeile ausgeführt wird.

Vorschubeinrichtungen sind in der F i g. 1 nicht dargestellt, da sie nicht Gegenstand der Anmeldung und als Stand der Technik weit bekannt sind.

Das vom Abtastorgan 4' gewonnene puls- oder treppenförmige Bildsignal U\ wird über eine Leitung 50 einem Tiefpaß-Filter 51 zugeführt und dort in ein wertekontinuierliches und zur Amplitudenaufsteilung geeignetes Bildsignal U₂ umgeformt

Ein Ausführungsbeispiel für ein Tiefpaß-Filter zeigt Fig. 3.

Das Bildsignal U₂ wird in einer Impulsformerstufe 5 aufgestellt und das aufgestellte Bildsignal U₃ in einem Pegelumsetzer 10 in ein Drei-Pegel-Faksimüesignal Ua umgesetzt

Das Drei-Pegel-Faksimilesignal Ua, wird über eine Modulationsstufe 6 und einen Übertragungskanal 7 an einen nicht dargestellten Faksimile-Empfänger übertragen, dessen Aufzeichnungsorgan das Faksimile der Vorlage erzeugt.

Der Übertragungskanal 7 kann eine Leitung oder eine Funkübertragungsstrecke sein.

Durch die Aufsteilung in der Impulsformerstufe 5 werden die schwachen Bildsignal-Amplituden so weit angehoben, daß sie eindeutig über dem in dem Pegelumsetzer 10 vorgegebenen Schwellenwert liegen und daß die für eine fehlerfreie Übertragung erforderlichen Umklappimpulse gewonnen werden.

Ein Ausführungsbeispiel für die Impulsformerstufe 5 als Doppeldifferenzier-Stufe zeigt die Fig. 3 des Hauptpatents.

Anstelle der Doppeldifferentiation ist zur Amplitudenaufsteilung auch das bekannte Verfahren der Umfeldabtastung verwendbar.

Bei einer eindimensionalen Fotodiodenzeile kann die Umfeldauswertung aus gespeicherten Bildpunkt-Daten erfolgen. Zur Umfeldauswertung kann aber auch eine zweidimensionaie Fotodiodenzeile herangezogen werden.

Pegelumsetzer 10 und Modulationsstufe 6 sind ausführlich im Hauptpatent beschrieben.

F i g. 2 zeigt eine Variante der Faksimile-Abtasteinrichtung, bei welcher der Tiefpaß-Filter 5i entfällt.

Die Funktion der Signalumwandlung und der Amplitudenaufsteilung ist in einer modifizierten Impulsformerstufe vereinigt.

Diese Impulsformerstufe besteht aus einem Tiefpaß-Filter 52, das in seiner Verstärkungs-Frequenz-Charakteristik unmittelbar vor seiner Flanke eine Verstärkungsüberhöhung aufweist, wodurch Anteile des Bildsignals mit höheren Ortsfrequenzen der Informationsänderung proportional verstärkt werden.

Die durch das bereits erwähnte Nebensprechen von benachbarter. Fotodioden innerhalb der Fotodiodenzei-Ie bedingte Signalschwächung, die sich besonders bei höheren Ortsfrequenzen bemerkbar macht, kann auf vorteilhafte Weise kompensiert und ein Detailverlust in der Aufzeichnung vermieden werden.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Tiefpaß-Filters als aktiver Filter zweiter Ordnung. Derartige Filter werden z. B. in der Zeitschrift »Elektronik«, 1970, Heft 11, Seiten 379 bis 382 angegeben.

Der Tiefpaß-Filter besteht im wesentlichen aus einem mit ÄC-Gliedern beschalteten Operationsverstärker 54. Der Operationsverstärker 54 ist über C₂ mitgekoppelt und über den Spannungsteiler R3 und (k— 1) R₃ gegengekoppelt Mittels des Spannungsteilers kann die innere Verstärkung des Operationsverstärkers 54 auf einen Wert k eingestellt werden.

Wird Ri = R₂ = R und Ci = C₂=C gewählt, ergeben sich nach der angegebenen Literaturstelle die Grenzfrequenz 4 und die innere Verstärkung /tzu:

2 π RC

k= 3

(D

(2)

Nach Tabelle 1 auf Seite 379 der genannten Literaturstelle charakterisieren die Koeffizienten ai und 32 verschiedene Filterkurven. Daraus wird ersichtlich, daß auf einfache Weise allein durch Ändern der inneren

!O

Verstärkung k mittels des Spannungsteilers R3 und (Χ— 1) A3 verschiedene Filterkurven, z. B. die Filterkurve nach F i g. 3b mit einer konstanten Verstärkung für das Tiefpaß-Filter 51 (Fig. 1) und die Filterkurve nach Fig.3c mit einer Verstärkungsüberhöhung für das Tiefpaß-Filter 52 der Impulsfonnerstufe (Fig.2) realisiert werden können. ;"„

Auch die Grenzfrequenz f_g der Tiefpaß-Filter 51 und 52 lassen sich einfach durch Ändern von R und C, vorzugsweise durch Ändern der beiden gleichen Widerstände Ri und R2 mittels eines Doppelpotentiometers, festlegen.

Im Ausführungsbeispiel muß die Grenzfrequenz f_gder Tiefpaß-Filter jeweils kleiner als die Frequenz f_A der Abtasttaktfolge T_A (Sample-Frequenz) gewählt werden.

Damit keine höheren Bildfrequenzen verlorengehen, sollte die Flanke des Tiefpaß-Filters möglichst steil verlaufen, was durch Hintereinanderschalten mehrerer Tiefpaß-Filter erreicht wird.

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Abtastergan.

Das Abtastorgan 4' möge als optoelektronischer Wandler einen integrierten Baustein vom Typ CCD 121 der Firma Fairchild enthalten. Dieser Baustein besteht aus der eigentlichen Fotodiodenzeile 55 und der Abfrageelektronik mit analogen Schieberegistern 56; 57 (Ladungsverschiebeschaltungen) und mit zwischen den Schieberegistern und der Fotodiodenzeile angeschlossenen Transfergattern 58; 59.

Die Fotodiodenzeile 55 ist in der Fig.4 nur als Funktionsblock dargestellt Sie besteht aus 1728 einzelnen Fotodioden, die in einer Reihe liegen und sich über eine Abtastzeile erstrecken. Jede einzelne Fotodiode ist an einen Speicherkondensator zur Aufnahme einer der empfangenen Lichtmenge proportionalen Ladung angeschlossen. Die Ladungen werden über die Transfergatter 58; 59 gesteuert und von Signalen Γι und T₂ parallel in die analogen Schieberegister 56; 57 übernommen. Die Übernahme erfolgt z. B. derart, daß die Ladungen der ungradzahligen Fotodiode in das Schieberegister 56 und die Ladungen der gradzahligen Fotodioden in das Schieberegister 57 transferiert werden.

Mittels Schiebetaktfolgen T₃ und Ti werden die Ladungen seriell aus den Schieberegistern 56; 57 herausgeschoben und in einem Ladungsverstärker 60 in das Bildsignal U\ umgewandelt Der pulsförmige Bildsignalverlauf einer solchen Fotodiodenzeile ist in F ig. 5b dargestellt

Als Fotodiodenzeile mit integrierter Auswerteelektronik kann auch eine sogenannte »selbstabtastende Fotodiodenzeile« verwendet werden, bei der jedem Speicherkondensator ein MOS-Transistor als Schalter zugeordnet ist Durch serielles Ansteuern der Schalter werden die einzelnen Ladungen abgerufen und über

40

45

50 eine Videoleitung ausgegeben. Eine selbstabtastende Fotodiodenzeile liefert ebenfalls ein pulsförmiges Bildsignal, das in der F i g. 5c dargestellt ist

Beiden Typen von Fotodiodenzeilen kann eine Sample-and-Hold-Schaltung nachgeschaltet werden, um das pulsförmige Bildsignal der Fotodiodenzeile in ein zeitdiskretes, treppenförmiges Signal umzuwandeln. Ein solcher treppenförmiger Signalverlauf ist in der F ig.5d dargestellt

Fig.5 zeigt Diagramme der in den Fig. 1 und 2 auftretenden Signale.

In Fig.5a ist der Bildsignalverlauf entlang einer Abtastzeile der Vorlage dargestellt, wie er bei einem idealen Abtastorgan entstehen würde. Bei Abtastung einer weißen Bildstelle in der Vorlage ergeben sich große, bei einer schwarzen Bildstelle kleine und in dem Falle, daß eine graue oder farbige Vorlagenfläche abgetastet wird, mittlere Amplituden des Bildsignals.

Fig. 5b zeigt den pulsförmigen Bildsignalverlauf U\, der bei Verwendung einer Fotodiodenzeile mit Signalauswertung in analogen Schieberegistern entsteht

Ferner ist das Bildsignal LT₂ aufgetragen, das am Ausgang des Tiefpaß-Filters 51 in Fig. 1 entsteht Man sieht, daß das Bildsignal U₂ gegenüber dem in a) dargestellten idealen Verlauf verflacht ist, was bei der Faksimile-Aufzeichnung zu Detailverlust führen würde.

Der aufgestellte Signalverlauf Ui ergibt sich am Ausgang der Impulsformerstufe 5 (Fig. 1) bzw. am Ausgang des Tiefpaß-Filters 52 (F i g. 2).

Das Bildsignal C4 das dem aufgestellten Signalverlauf in Fig. 4,7aund 8b des Hauptpatents entspricht, ist ohne Informationsverlust zur Bildung des Drei-Pegel-Faksimilesignals geeignet

Das Bildsignal U\ weist in Fig.5c den pulsförmigen Signalverlauf am Ausgang einer selbstabtastenden Fotodiodenzeile und in Fig.5d den treppenförmigen Signalverlauf am Ausgang einer Sample-and-Hold-Schaltung auf.

Die Bildsignalverläufe U₂ und Ui sind in den Fi g. 5c und 5d mitdenen aus der F i g. 5b identisch.

Die Erfindung kann auch dann Anwendung finden, wenn ein sogenanntes I-Minuten-Faksimilegerät mit einem 3-Mnniten-FaksimiIegerät zusammenarbeiten solL

Gemäß einer internationalen Normung (CCITT) liefert der 1-Minuten-Faksimüesender ein digitales Ausgangssignal, das aufgrund der Vorlagenabtasturig mittels einer Fotodiodenzeile einen puls- oder treppenförmigen Verlauf aufweisen möge. Das 3-Minuten-Faksimile-Empfangsgerät dagegen wird mit einem analogen Eingangssignal gespeist In diesem Falle wird das puls- oder treppenförmige Ausgangssignal des Sender mit Vorteil durch die erfindungsgemäße Einrichtung in das gewünschte analoge Eingangssignal des Empfängers umgewandelt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zur Verbesserung der Bildqualität bei der Übertragung von Faksimilesignalen nach Patent 27 20 079, bei dem die Faksimilesignale aus einem Bildsignal abgeleitet sind, das im wesentlichen ein Signal einer Polarität mit einer Mindest-Amplitude für einen Informationszustand und einer Maximal-Amplitude für einen anderen Informationszustand ist, wobei von den Wechseln der Informationen dieses Signals Umklappimpulse für die Bildung eines Signals wechselnder Polarität gewonnen werden, dessen entgegengesetzte Polaritäten einen Informationszustand repräsentieren und dessen Null-Lage den zweiten Informationszustand darstellt, bei dem das Signal wechselnder Polarität dadurch gebildet wird, daß bei jedem Umklappimpuls sukzessive die Operationen Einschalten eines Signals einer Polaritat, Wechsel zur Null-Lage, Einschalten eines Signals einer anderen Polarität, Wechsel zur Null-Lage durchlaufen werden, wobei zur Bildung der Umklappimpulse von einem Bildsignal ausgegangen wird, das vorher in einer Signalformer-Schaltung aufgestellt wurde, und bei dem die Umklappimpulse unmittelbar durch Vergleich des aufgestellten Bildsignals mit einem Schwellwert gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktion der Signalformer-Schaltung (5; 51; 52) zur Bildung eines kontinuierlichen Bildsignals eine TCefpaß-Charakteristik und eine Verstärkungsüberhöhung für höhere Frequenzen zur Amplitudenaufsteilung aufweist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet; daß die Signalformer-Schaltung aus einem TCefpaß-Filter (51) und einer nachgeschalteten Impulsformerstufe (5) aufgebaut ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalformer-Schaltung aus einem Tiefpaß-Filter (52) aufgebaut ist, dessen Übertragungsfunktion eine Verstärkungsüberhöhung für höhere Frequenzen aufweist

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformerstufe (51) als Döppeltdifferenzier-Stufe ausgebildet ist