DE2823853C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tonfilm-Abtastsystem für Lichtton-Zacken­ schrift nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Lichtton-Zackenschrift auf Kinofilmen ist praktisch in ihrer gegen­ wärtigen Form seit den frühesten Tagen des Tonfilms verwendet worden. In der frühesten Form wurde eine einzelne monophone Lichttonspur ver­ wendet, wobei die Breite der klaren Fläche proportional der aufge­ zeichneten Modulationsamplitude war. Spätere Modifikationen zur Re­ duzierung von Verzerrungen führten zweiseitige und doppelte zwei­ seitige Spuren ein, die einander benachbart waren ud die gleiche Modulationsinformation trugen und identische Muster hatten. Eine weitere Modifikation ist eine getrennte Modulation der doppelten zweiseitigen Spuren zur Erzielung einer stereophonen Wiedergabe.

Moderne kommerzielle Filmprojektoren verwenden weiterhin grundsätzlich die gleichen Beleuchtungs- und Lichtsensor-Anordnungen zur Abtastung der Lichtton-Zackenschrift, wie diejenigen, die in den frühesten Ton­ filmprojektoren verwendet wurden: Eine Lichtquelle und ein schmaler mechanischer Schlitz bilden eine linienförmige Lichtquelle, und es ist eine einzelne Fotozelle zum Detektieren vorgesehen, bzw. zwei Foto­ zellen im Falle von doppelten bilateralen Stereophonie-Spuren.

Ein dauerndes Problem bei der Wiedergabe von Lichtton ist die Unter­ drückung des Rauschens während versucht wird, einen breiten Frequenz­ bereich zu überdecken. Lichttonspuren sind besonders empfindlich gegen impulsförmiges Rauschen oder Impulsstörungen durch Schmutz oder Kratzer, deren Anzahl mit der Anzahl von Malen steigt, die die Kopie projiziert wird. Andere Arten des Rauschens sind Kornrauschen im weißen (klaren) Bereich der Spur und Rauschen der fotoelektrischen Zelle, die beide im wesentlichen proportional der Breite der wieder­ gegebenen Spur sind und einen Rauschmodulationseffekt verursachen, wenn das Signal wiedergegeben wird.

Es sind verschiedene Techniken eingeführt worden, um die Qualität der Lichttonspuren zu verbessern, und es gibt Anzeichen dafür, daß das Medium nicht naturnotwendig so ungünstig ist, wie das in den Fünfziger- und Sechzigerjahren angenommen wurde, als Versuche gemacht wurden, Magnettonspuren populär zu machen. Eine nützliche Diskussion der Ge­ schichte und des Potentials von Lichttonspuren ist enthalten in "The Production of Wide-Range, Low-Distortion Optical Sound Tracks Utilizing the Dolby Noise Reduction System" von Ioan Allen in Journal of the SMPTE, September 1975, Bd. 84, Seiten 720-729 mit weiteren Literaturnachweisen.

Ein früher Versuch einer anderen Lösung der Lichttonwiedergabe ist aus der US-Patentschrift 23 47 084 bekannt, wobei die Spur wieder­ holt mit einem sehr kleinen Abtastfleck über ihre ganze Breite abge­ tastet wird und mit einer einzigen lichtempfindlichen Zelle detektiert wird, um ein im wesentlichen zweistufiges, impulsbreitenmoduliertes Signal zu erzeugen. Das Signal wird begrenzt, um Rauschen zu unter­ drücken, und wird integriert, um ein Tonsignal mit variierender Amplitude zu erzeugen. Dieses System ist insoweit brauchbar, als ein erheblicher Rauschanteil beseitigt wird, der durch Flecken im klaren Bereich der Spur verursacht wird, wobei die schwarzen Bereiche im wesentlichen rauschfrei sind, ausgenommen wo das Negativ Fehlstellen gehabt haben könnte, die weiße Flecken verursachen. Trotz der Abtasttechnik er­ zeugen einige dunkle Flecken im klaren Bereich weiterhin Rauschen.

Bei beiden beschriebenen älteren Abtastsystemen ist die Kompli­ ziertheit des optischen Abtastmechanismus ein Problem, der eine erhebliche Modifikation vorhandener Filmprojektoren erfordern würde. Bei kommerziellen Projektoren sind auch eine Langzeit- Zuverlässigkeit und relative Unabhängigkeit von häufigen Nach­ justierungen erforderlich. Die älteren Abtastsysteme sind für solche Probleme empfindlich, weil sie eine Kathodenstrahlröhre, einen Laser und/oder mechanische oder andere elektro-optische Abtasttechniken benötigen.

Zur Abtastung von digitalen Aufzeichnungen mit mehreren parallelen Spuren ist es bekannt, eine Lichtempfängeranordnung aus einer Reihe von Festkörpersensoren zu verwenden (DE-OS 23 62 605, DE-OS 25 43 276). Dabei ist auch schon an Lichtton-Sprossen- und -Zackenschrift gedacht worden, ohne auf die Einzelheiten der Abtastung einzugehen (DE-OS 23 62 605). Theoretisch könnte auf jeden Fall eine Lichtton-Zackenschrift mit einer solchen Lichtempfängeranordnung aus einer Reihe von Festkörpersensoren abgetastet werden, wenn diese so angeordnet werden könnte, daß die wechselnde Breite der Lichttonspur abgetastet würde. Eine optische Ver­ größerung der Spur könnte verwendet werden; um das System zur Verwendung mit vorhandenen Projektoren praktikabel zu machen, sollte die Sensoran­ ordnung vorzugsweise unmittelbar hinter der Filmebene angeordnet sein. Ein Hindernis bei der Verwendung einer Sensoranordnungstechnik ist jedoch die Tatsache, daß bekanntlich Quantisierungsrauschen ein Problem ist. In der Tontechnik wird üblicherweise angenommen, daß Quantisierung eines Tonsignals mit hoher Qualität größenordnungsmäßig 10 000 oder mehr Quanti­ sierungsschritte erforderlich sind. Da die gesamte Spurbreite einer einzel­ nen Stereo-Lichttonspur auf 35 mm-Film 0,84 mm beträgt oder etwa 0,41 mm für jede der beiden Aufzeichnungsseiten, ergibt sich eine Fotosensoranordnung von 10 000 Elementen mit Mittenabständen von 0,041 µm. Beim derzeitigen Stand der Mikroelektronik kommt eine solche Anordnung nicht in Frage; selbst bei der Verwendung eines optischen Vergrößerungssystems, was die Einbau­ schwierigkeiten in vorhandene Projektoren erheblich erhöhen würde, wäre eine Anordnung von 40 000 Sensoren für die volle Spurbreite ein sehr schwieriges Unternehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität der Abtastung von Lichtton-Zackenschrift durch Verringerung des Rauschens zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 aufge­ führten Maßnahmen gelöst.

Diese Lösung beruht auf folgender Überlegung:

Beim Quantisieren von Tonsignalen ist es bekannt, ein breitbandiges Zittersignal dem Eingangssignal zu addieren, um die Korrelation zwischen dem Signal und dem Quantisierungsrauschen zu reduzieren. Dadurch wird das Stören des Quantisierungsrauschens deutlich reduziert. Wenn das Zittersignal groß genug ist, dann genügt eine kleinere Anzahl von Digitalisierungsschritten. Eine mikroskopische Untersuchung von Licht­ ton-Zackenspuren hat gezeigt, daß die Grenze zwischen klarem und ge­ schwärztem Teil der Spur nicht abrupt ist, sondern eine gezackte Kante hat, und zwar durch die Unsicherheit, die durch das Filmkorn eingeführt ist. Diese Untersicherheit erstreckt sich über eine Distanz von 2,5 bis 5,1 µm. Wenn diese Unsicherheit als Zittersignal betrachtet wird, das zum Eingangssignal addiert wird, dann könnte die Tonspur in Schritten von beispielsweise 2,5 µm quantisiert werden. Jede Hälfte jeder zwei­ seitigen Aufzeichnung könnte also in nur 160 Schritte quantisiert wer­ den, eine sehr kleine Anzahl verglichen mit den 10 000, die üblicherweise zum Quantisieren eines Tonsignals erforderlich wären.

Gemäß einer speziellen Ausführung der Erfindung wird deshalb die Anzahl der Sensoren so gewählt, daß sie in der Größenordnung von einem pro 2,5 µm Breite der Tonspur liegt. Eine Fotosensoranordnung mit Abständen von 2,5 µm repräsentiert eine Packungsdichte, die etwa 10mal dichter als in der derzeitigen Mikroelektronik-Praxis ist. Es können zwar neue Maskier- und Ätztechniken erforderlich sein, diese Erhöhung der Dichte ist jedoch sicher nicht jenseits des Vorstellungsvermögens. Auf jeden Fall kann eine optische Vergrößerung verwendet werden, bis die notwendigen Mikro­ elektronik-Produktionstechniken verfügbar sind.

Ein wichtiges Element der Erfindung ist also die Feststellung und Er­ kenntnis, daß Lichttonspuren eine naturgegebene Eigenschaft haben, die ein quantisiertes Wiedergabesystem denkbar machen. Dadurch, daß der Ausgang jedes Festkörpersensors direkt einer zugehörigen Ver­ stärker- und Begrenzer-Schaltung zugeführt wird, wird der größte Teil der störenden Ausgänge durch Schmutz und Kratzer durch die Begrenzer­ wirkung eliminiert.

Die Schaltungsausgänge können dann gemäß Anspruch 2 über eine Logik ge­ führt werden, um eine weitere Geräuschreduzierung zu erreichen. Die Ausgänge aller Schaltungen werden dann kombiniert und geglättet, um das Ausgangs-Tonsignal zu bilden. Die in diesen Schritten erforderliche Schaltung ist insgesamt sehr einfach und erlaubt den Einbau auf einem einzigen IC-Chip aller Fotosensorelemente, Verstärker/Begrenzer, Rauschunter­ drückungslogik, Kombinationsschaltung und Tonsignal-Ausgangsverstärker. Gemäß den erwähnten Zahlen treten 640 Sensor- und Verarbeitungs-Kanäle auf, in den meisten kommerziellen Kinoanwendungen (bei denen Stereo- Ton gewünscht wird) würde das endgültige Ausgangssignal der integrierten Schaltung nur aus den beiden Tonkanälen bestehen.

Die Erfindung ist anwendbar auf alle Arten Lichtton-Zackenschrift einschließlich monophoner zweiseitiger Schrift, monophoner doppelter Zweiseitenschrift und stereophoner doppelter Zweiseitenschrift durch Auswahl des als getrennte Gruppe zu verarbeitenden Festkörpersensoren. Zwei, drei, vier oder mehr Spuren und Verarbeitungsketten können dazu ver­ wendet werden, Signale für links, Mitte, rechts, rückwärts, Umgebungs­ effekte, Steuersignal für Spezialzwecke und dergl. zu erhalten.

Da das erfindungsgemäße System die konventionelle Beleuchtungsquelle in einem Projektor verwendet, ist die einzige Modifikation des me­ chanischen Aufbau des Projektors, die erforderlich ist, der Ersatz der fotoelektrischen Quelle durch die Fotodioden- und Prozessoren-IC.

Eine zusätzliche Optik kann möglich oder erwünscht sein, um effektiv den Fotodiodenstreifen auf die Filmspurbildebene zu bringen.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es zeigt

Fig. 1 graphisch die Dichte in Abhängigkeit von der Distanz an einem Beispiel einer Lichtton-Zackenschrift zur Erläuterung der Erfindung;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des Übergangsteils schwarz/weiß in Fig. 1;

Fig. 3 schematisch, teilweise als Blockschaltbild, eine per­ spektivische Ansicht eines Lichtspurwiedergabesystems nach der Erfindung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der Sensoranordnung und Verarbei­ tungsschaltung der bevorzugten Ausführungsform der Er­ findung; und

Fig. 5 schematisch einen Teil der Logikschaltung zur Verwendung in Fig. 4.

In Fig. 1 ist die fotographische Dichte in Abhängigkeit von der Distanz bei einer exemplarischen Abtastung über eine einzelne zweiseitige Zackenschrift-Lichttonspur dargestellt. In Abtast­ systemen ist die Spannungsverlaufinformation die Impulsbreite w. Der anfängliche Schwarzpegel ist im wesentlichen ein konstanter Pegel und deshalb rauschfrei. Der Weißpegel variiert jedoch er­ heblich hinsichtlich der Amplitude durch Dunkelpartikel, die typischerweise im weißen Bereich anzutreffen sind. Ohne Begrenzung zur Beseitigung solcher Variationen würde das resultierende wiederge­ gebene Tonsignal erhebliches Rauschen enthalten. Begrenzung be­ seitigt jedoch nicht alle Amplitudenvariationen und beeinflußt auch nicht das Rauschen, das durch die Unsicherheit in den Schwarz/weiß- (und Weiß/schwarz-)Übergängn erzeugt wird, wie in Fig. 2 veranschau­ licht. Fig. 2 ist vergrößert, um die Art und Weise zu zeigen, in der das Signal sich im Übergangsbereich aufbaut. Die untrbrochenen Linien zeigen einen anderen möglichen Amplitudenaufbau. Je nach dem Begrenzungspegel variiert deshalb die scheinbare Position des Schwarz/weiß- Übergangs, wodurch ein Zischen im wiedergegebenen Signal erzeugt wird.

Fig. 3 zeigt die allgemeine Anordnung nach der Erfindung, einschließ­ lich einer konventionellen Lampe 10 und eines mechanischen Schlitzes 12 zur horizontalen Beleuchtung eines schmalen Streifens auf der Licht­ ton-Zackenschrift 14 auf einem Kinofilm 16. Es ist zwar eine zweisei­ tige Tonspur dargestellt, die Erfindung ist jedoch auch auf Mehrspur­ filme anwendbar. Das durch die Tonspur 14 modulierte Licht wird mit einer Lichtempfängereinrichtung abgefühlt, die aus einer Reihe von Festkörpersensoren 18 besteht, die jeweils einen kleinen Bruchteil der Tonspurbreite abfühlen. Soweit notwendig können verschiedene Optiken zwischen Lampe 10, Schlitz 12, Film 16 und Sensoren 18 vorgesehen sein, um das Schlitzbild und die Sensoren optisch in die Filmebene zu bringen.

Die Verarbeitungsschaltung 20 nimmt die Ausgänge der Sensoren 18 auf und erzeugt den wiedergegebenen Ton daraus. Einer der Zwecke der Erfindung ist es, ein System zu erhalten, bei dem sowohl die Senso­ ren als auch die Verarbeitungsschaltung auf einem einzigen IC-Chip enthalten sein können.

Die Anzahl der Sensoren wird so gewählt, daß sich etwa eine Abfragung pro 0,0001 Zoll (0,0025 mm) Tonspurbreite ergibt, oder etwa 640 Sen­ soren für die aktiven Bereiche einer üblichen Tonspur von 0,076 Zoll (1,93 mm) Breite. Die Anzahl der Sensoren ist ausreichend groß, um ein Quantisierungsrauschen zu vermeiden, jedoch nicht so groß, daß zu stark über den Ungewißheitsbereichen abgefragt wird. Etwa zwei oder drei Abfragungen ergeben sich über jedem Unsicherheitsbereich, so daß sich eine zufällige Abfragung ergibt und das störende Quanti­ sierungsrauschen durch ein statistisches Rauschen ersetzt wird, das psychoakustisch akzeptabel ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 4 sind die Sensoren 24 der Anordnung 18 jeweils mit ihren eigenen Verstärkern 34 a, 34 b usw. und Begrenzern 36 a, 36 b usw. verbunden, und die Ausgänge der Begrenzer sind einem Kombinierer 48 zugeführt. In seiner einfachsten Form summiert der Kombinierer 48 die angelegten Signale und legt das Resultat an den Integrator oder Tonfrequenz-Bandpaßfilter 40 an, um einen wiederzugebenden Ton zu erhalten.

Wenn die Sensoren 24 in anderer als gleichabständiger Weise angeordnet sind, beispielsweise mit größerer Dichte in der Mitte der Tonspurfläche, können die resultierenden Signale im Kombinierer entsprechend bewertet werden, um das zu kompensieren.

Im Falle von mehreren Tonspuren, beispielsweise zweiseitigen Stereospuren, können die Sensoren 24 nach Fig. 4 in Gruppen aufgeteilt werden, je nachdem, auf welcher jede einzelne Spur gelesen wird, und die Gruppen werden ge­ trennten Verarbeitungsketten zugeführt, um für jede Spur einen getrennten wiedergegebenen Ton zu erzeugen. Die Gruppen werden dann ge­ trennten Kombinierern zugeführt.

Während der größte Teil der Reduktionswirkung von Geräuschen durch Schmutz und Kratzer durch die Wirkung der Begrenzer 36 erreicht wird, ist es doch möglich, Logikschaltungen in jedem der Begrenzerausgänge zu verwenden, um eine weitere Rauschherab­ setzung zu erreichen, was beispielsweise durch eine Logik 37 b angedeutet ist, die vom Begrenzer 36 b in Fig. 4 gespeist wird. Ähnliche (nicht dargestellte) Logikschaltungen können in den Ausgängen der übrigen Begrenzer 36 a, 36 c usw. vorgesehen wer­ den. Ein Kratzergeräusch zeigt sich durch Ungleichförmigkeit in den Ausgängen der Begrenzer. Im klaren Bereich der Spur können beispielsweise die Begrenzerausgänge alle positive Polarität haben. Ein tiefer Kratzer kann dafür sorgen, daß nur einer (oder eine kleine Anzahl) der Begrenzerausgänge negativ wird. Wenn die Polarität des Ausgangs eines bestimmten Begrenzers (beispielsweise 36 b) mit der von Bezugsbegrenzern auf jeder Seite (beispielsweise 36 a und 36 c, oder um zwei oder mehr Elemente entfernt) verglichen wird, kann das Auftreten eines anomalen Signals detektiert werden. Wenn eine Polaritätdifferenz zwischen einem bestimmten Begrenzer und seinem Bezugsbegrenzer festgestellt wird, dann wird dieser Be­ grenzerausgang gelöst und die Polarität der Bezugsbegrenzer ein­ gesetzt.

Eine mögliche Logikschaltung, um zu bestimmen, ober der Begrenzeraus­ gang störend ist, ist durch die Kombination eines ODER-Gatters 44, eines UND-Gatters 46, eines UND-Gatters 50 und eines ODER-Gatters 52 gemäß Fig. 5 repräsentiert, wobei der Ausgang m mit den Ausgängen von je einem entfernten Sensor auf jeder Seite verglichen wird. Wenn der Ausgang gleich ist, wird das Signal als gültig betrachtet, wenn eine Differenz vorhanden ist, dann wird die Polarität des Bezugssensors am Ausgang vorgesehen. Die Logikschaltung kann dadurch ver­ einfacht werden, daß die Elemente 50 und 52 weggelassen werden, in diesem Falle wird ein anomales weißes Signal im schwarzen Bereich nicht in ein schwarzes Signal umgewandelt.

Praktischerweise können die Verstärker 34, die Begrenzer 36 und die Logik 37 in einer einzigen Elektronikschaltung zusammenge­ faßt werden, mit geeigneten Kreuzkopplungen zwischen den Schal­ tungen zur Schaffung der Logikeingänge.

Claims (3)

1. Tonfilm-Abtastsystem für Lichtton-Zackenschrift zur Ableitung wenigstens eines analogen Tonsignals, mit einer die Tonspur bzw. Tonspuren beleuch­ tenden Lichtquelle und einer Lichtempfängeranordnung, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lichtempfängeranordnung aus einer Reihe (18) von Festkörper­ sensoren (24) besteht, die jeweils einen kleinen Bruchteil der Tonspur­ breite der betreffenden Tonspur abfühlen, daß jedem Sensor (24) ein eigener Verstärker (34 a, b, c, d) und Begrenzer (36 a, b, c, d) zugeordnet ist, und daß für jedes analoge Tonsignal eine Vereinigungsschaltung (40, 48) vorgesehen ist, in der die Signale von einer jeweils einer Tonspur zuge­ ordneten Gruppe von benachbarten Sensoren (24) zu einem gemeinsamen ana­ logen Tonsignal zusammengefaßt werden.

2. Tonfilm-Abtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes analoge Tonsignal wenigstens eine Logikschaltung (37 b) vorge­ sehen ist, in der das Ausgangssignal von einem Begrenzer (36 b) mit den Ausgangssignalen von zwei Bezugsbegrenzern (36 a, 36 c) verglichen wird, die zu beidseits des zum erstgenannten Begrenzer (36 b) gehörigen Sensors (24) angeordneten Sensoren (24) gehören, und bei Abweichung des Signals vom erstgenannten Begrenzer (36 b) von den Signalen von beiden Bezugsbegrenzern (36 a, 36 c) dieses erste Signal durch ein ent­ gegengesetztes ersetzt wird.

3. Tonfilm-Abtastsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Sensoren (24) in der Größenordnung von einem pro 2,5 µm Breite der Tonspur liegt.