DE2837139B2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Impulsaufsteilung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Impulsaufsteilung eines Videosignals, bei dem aus dem Videosignal ein oberhalb des Videosignals verlaufendes oberes Begleitsignal und ein unterhalb verlaufendes unteres Begleitsignal abgeleitet werden, welche dem Videosignal dynamisch folgen, und eine Schaltungsanordnung zur Impulsaufsteilung.

In einer Faksimile-Abtasteinrichtung für die Schwarz/ Weiß-Reproduktion wird eine zu kopierende Vorlage punkt- und zeilenweise durch ein Abtastorgan mit einem oder mehreren optoelektronischen Wandlern abgetastet und die Helligkeitsinformationen der Vorlage in ein Videosignal umgesetz*.

Die Vorlage kann ein gedrucktes oder in Maschinenschrift verfaßtes Dokument, ein handgeschriebener Text oder eine graphische Darstellung sein.

Das durch die Vorlagenabtastung gewonnene Videosignal wird durch Vergleich mit einem Schwellensignal, insbesondere mit einem dynamischen Schwellensignal, in ein zweipegeliges Schwarz/Weiß-Signal umgeformt und auf einem Clbertragungskanal an ein Empfangsgerät übermittelt. Das durch das Schwarz/Weiß-Signal gesteuerte Aufzeichnungsorgan des Empfangsgerätes zeichnet das Faksimile der Vorlage auf.

Die Erzeugung eines solchen dynamischen Schwellensignals ist zum Beispiel aus der DE-OS 19 22 372 bekannt. Aus dem Videosignal wird ein oberes Begleitsignal und ein unteres Begleitsignal abgeleitet, aus denen dann beispielsweise durch eine Mittelwertbildung das dynamische Schwellensignal gewonnen wird. Ähnliche Verfahren zur Erzeugung eines dynamischen Schwellensignals werden in der DE-OS 25 32 358 und

der DE-OS 28 00 759 beschrieben.

Durch das begrenzte Auflösungsvermögen des rvbtastorgans entstehen bei Abtastung von dünnen Strichen und Linien sowie bei Vorlagen mi« geringem Kontrast kleine, verfälschte Signalamplituden, welche das Schwellensignal oft nicht erreichen und daher auch keine Änderung des Schwarz/Weiß-Sigiials bewirken. Dadurch gehen beispielsweise dünne schwarze Striche auf einem weißen Untergrund oder dünne weiße Striche auf einem schwarzen Untergrund in der Faksimile-Au:'- u> zeichnung verioren.

Zur Vermeidung solcher Informationsverluste ist es üblich, das Videosignal, bevor es mit dem Schwellensignal verglichen wird, zwecks Amplitudenaufsteilung einer Doppeldifferentiation zu unterziehen. Das aufgestellte Videosignal schneidet nunmehr das Schwellensignal, und das Schwarz/Weiß-Signal enthält alle für eine fehlerfreie Übertragung erforderlichen Informationen. Die Doppeldifferentiation kann aber nur dann durchgeführt werden, wenn das Videosignal einen wertekontinuierlichen Verlauf aufweist, wie es beispielsweise bei der Vorlagenabtastung mit einem diskreten optoelektronischen Wandler der Fall ist.

Aus der DE-OS 28 46 624 ist es zum Beispiel bekannt, eine Vorlage gleichzeitig mit einer Anzahl optoelektronischer Wandler (Fotodiodenzeile) abzutasten, und das dabei gewonnene Videosignal mit einem Schwellensignal zu vergleichen. Eine solche Fotodio^cnzcile !.efert aber ein puls- oder treppenförmiges, wertediskontinuierliches Videosignal, das nicht zur Impulsaufsteilung durch Doppeldifferentiation geeignet ist.

Bei der Verwendung einer Fotodiodenzeile kommt hinzu, daß durch die optische Abbildung der Vorlageninformation auf die Fotodiodenzeile und durch Nebensprechen benachbarter Fotodioden der Zeile ein verflachtes Videosignal und damit ein Detailverlust auftritt Dieser Detailverlust könnte aber durch eine geeignete Impulsaufsteilung wieder kompensien werden.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Impulsaufsteilung bei einem vorzugsweise wertediskontinuierlichen Videosignal anzugeben, mit dem die Aufzeichnungsqualität verbessert wird.

Die Erfindung wird an Hand der Fig. 1—5 näher erläutert

Es zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild einer Faksimile-Abtasteinrichtung mit einer Impulsformerstufe,

Fig.2 eine grafische Darstellung der in Fig. 1 auftretenden Signale,

Fig.3 eine grafische Darstellung zur Impulsaufsteilung,

Fig.4 eine weitere grafische Darstellung zur Impulsaufsteilung,

F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Verknüpfungsstufe.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Faksimile-Abtasteinrichtung. Eine zu kopierende Vorlage 1 wird von zwei Lichtquellen 2 und 3 beleuchtet und das von der Helligkeitsinformation der Vorlage 1 modulierte Abtastlicht fällt über ein Objektiv 4 in ein Abtastorgan 5 und wird dort mittels optoelektronischer Wandler in ein Videosignal umgesetzt.

Beispielsweise findet eine integrierte Fotodiodenzeile Verwendung, welche sich vorzugsweise über eine gesamte Abtastzeile der Vorlage I erstreckt, so daß jeweils eine ganze Abtastzeile ohne Relativbewegung zwischen Vorlage 1 und Abtastorgan 5 abgetastet und erst dann ein Vorschubschritt zur nächsten Abtastzeile durchgeführt wird.

Vorschubeinrichtungen sind nicht dargestellt, da sie nicht Gegenstand der Anmeldung und als Stand der Technik bekannt sind.

Die Fotodiodenzeile liefert ein puls- oder treppenförmiges Videosignal, welches in einer dem Abtastorgan 5 nachgeschalteten Anpassungsstufe 6 verstärkt und ggf. bei einem pulsförmigen Signalverlauf mittels einer Sampie-and-Hold-Schaltung in ein treppenförmiges Videosignal U\ umgeformt wird, welches auf der Leitung 7 zur Weiterverarbeitung zur Verfügung steht

Eine Abtasttaktfolge T₀ steuert die bildpunktweise Abtastung der Vorlage 1 durch die Fotodiodenzeile und die Signalumsetzung in der Anpassungsstufe 6, wobei jedem Takt ein Bildpunkt zugeordnet ist Die Abtasttaktfolge To entsteht in einem Taktgenerator 8, welcher über eine Leitung 9 mit dem Abtastorgan 5 und über eine Leitung 10 mit der Anpassungsstufe 6 verbunden ist.

Bei Abtastung von feinen Linien und Strichen oder bei Vorlagendetails mit geringem Kontrast weist das treppenförmige Videosignal U\ nur kleine, verfälschte Signalamplituden auf, welche in einer Impulsformerstufe 11 aufgestellt werden.

Das aufgestellte Videosignal Ut a einer Leitung 12 wird in einem Komparator mit einem Schwellensignai Us auf einer Leitung 14 verglichen. Das Vergleichsergebnis ist das zweipeglige Schwarz/Weiß-Signal i/3, das einer Modulationsstufe 15 zugeführt wird.

In der Modulationsstufe 15 findet je nach Anwendungsfall eine Amplituden- oder Frequenzmodulation statt. Zusätzlich kann eine Zwei-Pegel/Drei-Pegel-Umsetzung durchgeführt werden.

Das modulierte Schwarz/Weiß-Signal U₄ gelangt auf einem Übertragungskanal 16 an einen nicht dargestellten Faksimile-Empfänger, dessen Aufzeichnungsorgan das Faksimile der Vorlage erzeugt.

Der Übertragungskanal ist eine Leitung oder eine Funkübertragungsstrecke.

Das Schwellensignal U_s auf der Leitung 14 kann ein für die Abtastzeit konstant vorgegebener, aber sonst einstellbarer Wert sein. Diese sogenannte »konstante Schwelle« wirdz. B. in der US-PS 31 59 815 angegeben.

Das Schwellensignal U_s kann aber auch nach der DE-AS 11 71 464 als sogenannte »gleitende Schwelle« erzeugt werden, welche bei Helligkeitsänderungen des Vorlagenuntergrundes langsam nachgeführt wird, wodurch sich unterschiedliches Papierweiß innerhalb der Vorlage 1 automatisch kompensieren läßt.

Im folgenden wird das Verfahren und die Schaltungsanordnung zur Impulsaufsteilung des wertediskontinuierlichen, treppenförmigen Videosignals U\ in der Impulsformerstufe 11 näher erläutert.

In der Impulsformerstufe 11 werden in einem ersten Verfahrensschritt aus dem Videosignal U\ ein oberhalb des Videosignals verlaufendes oberes Begleitsignal U_b\ und ein unterhalb verlaufendes unleres Begleitsignal Ub 2 gewonnen.

In einem zweiten Verfahrensschritt erfolgt die laufende Bildung von Differenzwerten zJuzwischen dem oberen Begleitsignal Ub 1 und dem Videosignal U\ und von Differenzwerten Au' zwischen dem Videosignal U\ und dem unteren Begleitsignal Ubi-

In einem dritten Verfahrensschritt werden dann zur Impulsaufsteilung die Differenzwerte Au von dem Videosignal U\ subtrahiert und die Differenzwerte Au'

zum Videosignal U\ hinzuaddiert.

Die dabei entstehenden Signalverläufe sind in Fi g. 2 dargestellt.

Die Impulsformerstufe 11 besteht aus einem mit dem Videosignal U\ beaufschlagten ersten Generator 17 zur Bildung des oberen Begleitsignals Übt. aus einem zweiten Generator 18 zur Bildung des unteren Begleitsignals Ub₂ und aus einer Verknüpfungsstufe 19 für die Signale Ut, Übt und Ub₂- Am Ausgang der Verknüpfungsstufe 1? erscheint das aufgestellte Videosingal LA, das dem Komparator 13 zugeführt wird.

Der erste Generator 17 weist einen Ladekondensator Ci auf, dem ein hochohmiger Ausgangsverstärker 20 nachgeschaltet ist.

Der Ladekondensator Ci wird über einen Transistor

21 und einen Widerstand Rt mit einer kleinen Zeitkonstanten (ri « Ci - R\) aufgeladen und über einen Widerstand Ri mit einer großen Zeitkonstanten (Γ2« Ci ■ R₂) auf das Videosignal Ut entladen. Das Videosignal Ut auf der Leitung 7 steuert über eine Diode

22 den Transistor 21.

Die Zeitkonstante τι ist etwa gleich der Abtastzeit für 1 bis 5 Bildpunkte gewählt.

Das obere Begleitsignal Ub ι entspricht dem Spannungsverlauf am Ladekondensator Q bzw. am Ausgang des Ausgangsverstärkers 20.

Das obere Begleitsignal Ub ι ist in F i g. 2 angedeutet. Bei ansteigendem Videosignal U\ ist der Transistor 21 leitend, und der Kondensator Ci wird mit der Zeitkonstanten ri jeweils auf das Videosignal U\ aufgeladen, wodurch das obere Begleitsignal Ub\ im Zeitraum h — t₂ dem Videosignal U\ folgt. Bei abfallendem Videosignal U\ z. Z. t₂ sperrt der Transistor 21 (Uc\ > t/i), und der Ladekondensator Ci entlädt sich mit der großen Zeitkonstanten T₂ über den Widerstand R₂. Das obere Begleitsignal Ub\ folgt dem Videosignal U\ jetzt nach einer e-Funktion bis es das Videosignal U\ z. Z. u wieder erreicht hat und die Kondensatorentladung unterbunden ist. Das obere Begleitsignal U_b\ folgt dann wiederum dem Videosignalanstieg.

Die Annäherung des oberen Begleitsignals Ub ι an das Videosignal U\ kann selbstverständlich auch nach einer anderen Funktion erfolgen.

Der zweite Generator 18 weist ebenfalls einen Ladekondensator C₂ auf, dem ein weiterer Ausgangsverstärker 23 nachgeschaltet ist. Der Ladekondensator Ci wird über einen Transistor 24 und einen Widerstand R_t mit einer kleinen Zeitkonstanten (Ti = C₂- R₄) aufgeladen und mit einer großen Zeitkonstanten (Γ4« C; ■ Rs) über den Widerstand Rs auf das Videosignal U] entladen. Das Videosignal Ut steuert über eine Diode 25 den Transistor 24.

Vorzugsweise ist Fi=Tj und T₂ = Tt gewählt. Die Entladung der Ladekondensatoren Ci und Cz kann statt auf das Videosignal auch auf feste Potentiale hin erfolgen, beispielsweise auf den Schwarzwert bzw. den Weißwert hin. In diesem Falle ändern sich die Zekkonstanten entsprechend.

Im Gegensatz zum Generator 17 sind beim Generator 18 die Speisespannungen und die Diode 25 umgepolt und der Transistor 24 komplementär. Da die Wirkungsweise ähnlich der des ersten Generators 17 ist, erübrigen sich weitere Erläuterungen.

Der Verlauf des unteren Begleitsignals Ub 2. der ebenfalls aus der F i g. 2 hervorgeht, entspricht dem Spannungsverlauf am Ladekondensator C; bzw. am Ausgang des Ausgangsverstärkers 23.

In der Verknüpfungsstufe 19 wird laufend in einem Differenzierverstärker 28 der erste Differenzwert Au zwischen dem oberen Begleitsignal Ub \ und dem Videosignal U\ und in einem weiteren Differenzierverstärker 29 der zweite Differenzwert Au' zwischen dem ·, Videosignal U\ und dem unteren Begleitsignal Ub₂ gebildet.

Die Differenzbildung ist in der Fig.2 anhand der eingetragenen Pfeile angedeutet.

Der mittels eines Inverters 30 in der Amplitude invertierte erste Differenzwert Au, der zweite Differenzwert Au'und das Videosignal Ut werden in einem Addierer 31 zu dem aufgestellten Videosignal U₂ nach der Beziehung

U₂ = U] - Au + Au'

zusammengefaßt.

Der Verlauf des aufgestellten Videosignals U₂ geht ebenfalls aus der F i g. 2 hervor.

Im Zeitintervall t\ — t₂ ist Au=O, und der Differenzwert Au' wird zu dem Videosignal U\ addiert. Im Zeitintervall h—U ist dagegen der Differenzwert 4t/'= 0, und der Differenzwert Au wird von dem Videosignal U₁ subtrahiert. Im Zeitintervall /2—6 werden beide Differenzwerte berücksichtigt.

F i g. 3 erläutert anhand einer grafischen Darstellung die Wirkungsweise der Impulsaufsteilung.

A) zeigt einen willkürlichen Verlauf des Videosignals U\, die vom Videosignal Ut abhängigen Verläufe der Begleitsignale Ub 1 und Ub₂, das konstante Schwellensignal Us sowie das aufgestellte Videosignal U₂.

Der zeitdiskrete und treppenförmige Verlauf des Videosignals U\ möge beispielsweise durch Aufbereitung des Ausgangssignals einer Fotodiodenzeile mittels einer Sample-and-Hold-Schaltung entstanden sein.

Bei Abtastung einer weißen Bildstelle der Vorlage 1 ergeben sich große, bei einer schwarzen Bildstelle kleine, und im Falle, daß dünne Striche und Linien abgetastet werden, mittlere Signalamplituden.

Beispielsweise möge eine schwarze Vorlagenfläche mit weißen dünnen Linien (Bereich 38 und 39) abgetastet werden.

Während der erste Impuls das Schwellensignal U_s schneidet, liegt die Amplitude des zweiten Impulses unterhalb des Schwellensignals U* d. h. die zweite weiße Linie (Bereich 39) geht verloren. Der zugehörige Verlauf des zweipegligen Schwarz/Weiß-Signals, der sich in diesem Fall ergeben würde, ist in B) aufgetragen.

Durch die Impulsaufsteilung schneidet jetzt auch der zweite Impuls das Schwellensignal U* wodurch beide weißen Linien erkannt und aufgezeichnet werden. C) zeigt den entsprechenden Verlauf des zweipegligen Schwarz/Weiß-Signals ίΛ am Ausgang des Komparators 13der Fig. 1.

F i g. 4 zeigt eine weitere grafische Darstellung zur Wirkungsweise der Impulsaufsteilung.

Beispielsweise möge eine weiße Vorlagenfläche mit dünnen schwarzen Linien (Bereich 42 und 43) abgetastet werden. Ohne Impulsaufsteilung ginge wiederum der zweite Impuls (Bereich 43) verloren, wie aus dem Signalverlauf B) hervorgeht.

Mit der Impulsaufsteilung werden dagegen beide schwarzen Linien 44 und 45 erkannt und aufgezeichnet. C) zeigt wiederum den Verlauf des zweipegligen Schwarz/Weiß-Signals Ui am Ausgang des Komparators 13 der Fig. 1.

Nach F i g. 1 wird zunächst ein Amplitudenbetrag (Au; Au") gewonnen und zur Amplitudenaufsteilung mit dem Videosignal U\ verknüpft Das auf diese Weise

aiilgesieilte Videosignal ί'.. wird dann durch Vergleich mil dem Sdiwcllcnsipnal /'. im Komparator Π in das zwcipegligc Schuaiv/WeiH-Signal ί Ί umgesetzt.

Derselbe Klickt liiüt sich über auch dann erzielen, wenn der gewonnene Ampliliidenbelrag mn dem Schwellensignal IK vcrknüplt und das aiii diese Weist' modili/ierle Schwellensignal mit dem iingcändencn Videosignal (Ί verglichen wird.

Die beschriebenen Verlahren. welche bevorzugt für wertediskontinuierliche Signale Verwendung linden, können selbstverständlich auch zur Aufstellung von weriekoniiniiiei liehen Signalen benutzt werden.

Γ i g. 5 zeigi ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Verkniiplungsslufc 19. Werden die Werte Au= U,,,- lh und Au'= U\- Ui,; in die Gleichung (1) eingeführt, ergibt sich das aufgestellte Videosignal /A

H₂

Hh - (U,.,

Die Hcgleilsignale
Widerstände R_H und l·

///,, und U1.2 werden über die » aufaddiert und die Summe auf

den invertierenden liingang 33 des Operationsverstärkers 34 gegeben. Der nichtinvcrtierendc Hingang 35 des Operationsverstärkers 34 ist mit dem Videosignal U\ beaufschlagt. Der l'aktor »3« wird durch die Wahl der Widerstände bzw. durch den Verstärkungsgrad des Operationsverstärkers 34 festgelegt.

liisher war von einer einfachen Amplitiidenaulstei lung die Rede. d. h. die Amplitude des Videosignals U\ wurde höchstens auf den doppelten Wert angehoben.

Selbstverständlich kann auch eine mehrfache Ampli-Uidenaufsteilung durchgeführt werden. In diesem Falle ergibt sich das aufgestellte Videosignal U27.W.

U₂ = U, - m ■ Au + η ■ Au'

(3) entsprechen den

Die l'aktoren »m« und »n«
Verslärkungsgraden der Differenzverstärker 28 und 29 in Ii g. 1.

Die in I"ig. 5 angegebene Schaltung der Verkniipfungsstufc 19 hat den Vorteil, daß bei gleichen Faktoren »in« und »n« lediglich der Widerstand Rj geändert werden muli.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufstellung eines Videosignals, aus dem ein oberhalb des Videosignals verlaufendes oberes Begleitsignal und ein unterhalb verlaufendes unteres Begleitsignal abgeleitet werden, welche dem Videosigna! dynamisch folgen, dadurch gekennzeichnet, daß laufend erste Differenzwerte zwischen dem oberen Begleitsignal und dem Videosignal und zweite Differenzwerte zwischen dem Videosignal und dem unteren Begleitsignal gebildet werden, und daß laufend zur Aufsteilung des Videosignals Vielfache der ersten Differenzwerte vom Videosignal abgezogen und Vielfache der zweiten Differenzwerte zum Videosignal hinzuaddiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das obere Begleitsignal im wesentlichen dem ansteigenden Videosignal bis zu dessen Maximalwert folgt, bei abfallendem Videosignal nach einem vorgegebenen Verlauf ebenfalls abfällt, bis Videosignal und oberes Begleitsignal übereinstimmen und dann dem ansteigenden Videosignal wieder folgt,
und daß das untere Begleitsignal im wesentlichen dem abfallenden Videosignal bis zu dessen Minimalwert folgt, bei ansteigendem Videosignal nach einem vorgegebenen Verlauf ebenfalls ansteigt, bis Videosignal und unteres Begleitsignal übereinstimmen und dann dem abfallenden Videosignal wieder folgt

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Begleitsignale durch vom Videosignal gesteuerte Ladung und Entladung von Kondensatoren (Ci; C2) gewonnen werden, wobei jeweils die Ladezeitkonstanten klein und die Entladezeitkonstanten groß gewählt werden,
daß der erste Kondensator (Ci) bei ansteigendem Videosignal mit der einen Ladezeitkonstanten auf das Videosignal aufgeladen und bei abfallendem Videosignal mit der einen Entladezeitkonstanten entladen wird,

und daß der zweite Kondensator (C2) bei abfallendem Videosignal mit der anderen Ladezeitkonstanten auf das Videosignal aufgeladen und bei ansteigendem Videosignal mit der anderen Entladezeitkonstanten entladen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kondensatoren (Q; C2) auf das Videosignal hin entladen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kondensatoren (Ci; C2) auf feste Potentiale hin entladen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladezeitkonstanten gleich groß sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß das Videosignal durch bildpunktweise Vorlagenabtastung gewonnen wird,

und daß die Entladezeitkonstanten etwa gleich der Abtastzeit für ein bis fünf, vorzugsweise für zwei Bildpunkte, gewählt werden.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Abtasteinrichtung, einem an die Abtasteinrichtung angeschlossenen ersten Generator zi.r Erzeugung eines oberen

Begleitsignals und aus einem an die Abtasteinrichtung angeschlossenen zweiten Generator zur Erzeugung eines unteren Begleitsignals, gekennzeichnet durch eine mit der Abtasteinrichtung (5; 6), dem ersten Generator (17) und dem zweiten Generator (18) verbundene Verknüpfungsstufe (19), um durch Verknüpfung der Begleitsignale mit dem Videosignal das aufgestellte Videosignal zu erhalten.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsstufe aus folgenden Baugruppen besteht:

einem mit dem oberen Begleitsignal und dem Videosignal beaufschlagten ersten Differenzverstärker (28) mit einem nachfolgenden Amplitudeninverter (30) zur Bildung von Vielfachen der ersten Differenzwerte,

einem mit dem unteren Begleitsignal und dem Videosignal beaufschlagten zweiten Differenzverstärker (29) zur Bildung von Vielfachen der zweiten Differenzwerte

und einer Addierstufe (31) zur Bildung des aufgestellten Videosignals, welche mit dem Amplitudeninverter (30), der Abtasteinrichtung (5; 6) und dem zweiten Differenzverstärker (29) verbunden ist.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsstufe (19) aus einem gegengekoppelten Verstärker (34, R₇) besteht, descen nicht invertierender Eingang (35) mit dem Videosignal und dessen invertierender Eingang (33) mit der Summe der Begleitsignale beaufschlagt ist und an dessen Ausgang das aufgestellte Videosignal erscheint.