DE3010938C2 - Verfahren für die digitale Informationscodierung und Übertragung, bei dem eine Codierung durch die Halbwellen oder Perioden eines Wechselstromes erfolgt - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren für die digitale Informationscodierung und f'bertragung, bei dem eine Codierung durch die Halbwellen oder Perioden eines Wechselstromes erfolgt.

Bei der Übertragung von analogen und digitalen (vgl. den bekannten AMI-Code) Informationen, sei es nun drahtgebunden oder drahtlos, wurden bei den heutigen Methoden doch sehr breite Frequenzbänder benötigt. Bei der Trägerfrequenztechnik wurde deshalb schon nur ein Seitenband verwendet. Da eine solche Übertragung viele Störfaktoren aufwies, ist man auch auf die digitale Übertragung von Sprache auf der Pulscodemodulationsbasis übergegangen. Für einen Sprachkanal wurden dabei 64 Kbitfe benötigt Solche Bandbreiten konnten nur mit der neu entwickelten Glasfasertechnik bewältigt werden. Solche Lichtwellenleiter sind jedoch sehr teuer und erfordern auch bei der Übertragung komplizierte Codes, so daß die Endgeräte entsprechend aufwendig werden.

Im Funkbereich ist man bei Wellenlängen kleiner als 5 mm durch die Absorptionsspitzen an einer Funkmauer angelangt, so daß es auf diesem Gebiet keine Auswegmöglichkeit gibt Eine digitale Bildübertragung ist aufgrund des erforderlichen Signalflusses nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfiflung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, mit weniger Bandbreite mehr an digitaler Information zu übertragen und bei dem der Aufwand an Mitteln für die Endeinrichtungen wesentlich geringer ist Dieses Verfahren wird durch die im Patentanspruch 1 gegebene Lehre dargestellt

Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, daß es sowohl frequenzmultiplex, z. B. trägerfrequent als auch zeitmultiplex eingesetzt werden kann. Bisher mußten auch aufwendige Codie-ungen für die Erlangung einer Gleichstromfreiheit vorgesehen werden. Besonders bei der optischen Übertragung über Glasfaser sind bei den bisher bekannten Modulationsarten sehr komplizierte Codes erforderlich, da im Sender der Strom durch die Laserdiode möglichst geringen zeitlichen Schwankungen unterworfen sein soll.

Nachstehend wird nun die Erfindung an Hand von Zeichnungen im einzelnen erläutert Wird ein Wechselstrom vorbestimmter Frequenz über eine Leitung gegeben, so kommt dieser frequenzgleich in der Empfangsstelle an. Die Amplitudenwerte sind in Abhängigkeit von der Leitungsdämpfung verhältnisgleich angekommen. Die Laufzeit spielt dabei keine Rolle. Gemäß der Erfindung wird nun eine Halbwelle oder eine Periode eines Wechselstromes als Binärcodeelement vorgesehen, die in einer ununterbrochenen Aufeinanderfolge von positiven und negativen Halbwcl· len oder von Perioden gesendet werden. Die Kennzu-

stände werden dabei durch einen großen und einen kleinen Amplitudenwert markiert Der kleine Amplitudenwert wird dabei so bemessen, daß er nur einen Bruchteil des großen Amplitudenwertes ausmacht, zweckmäßig aber kleiner als die Hälfte des großen Amplitudenwertes ist Der kleine Amplitudenwert kann auch durcn Unterdrückung einer Halbwelle oder Periode markiert werden. Jn F i g. 1 ist ein Codewort mit einer Halbwelle als Codeelement dargestellt Damit können 4 Zusdide markiert werden. Bei Verwendung einer Periode als Codeelement wäre Fig. la der eine Zustand und Fi g. Ic der andere Zustand. Zweckmäßig wird man die kleine Amplitude so auslegen, daß sie noch gut meßbar bezüglich des Grundgeräusches ist Man kann auch die vorliegende Erfindung nicht mit einer Pulsamplitudenmodulation vergleichen, bei der eine Vielzahl von Amplitudenwerten übertragen werden, während in der vorliegenden Erfindung nur zwei Werte, die gut unterschieden werden können, vorgesehen sind. In der Empfangsstelle kann man mit dem Markierwechselstrom eine Synchronisierung der Auswerteschaltmittel, wie Zähigiieder, Schieberegister usw, solche sind auch bei der elektronischen Fernschreiömaschine bekannt vornehmen, oder einen Oszillator synchronisieren, oder durch Quarze eine entsprechende Genauigkeit herbeiführen. Bei einer asynchronen Betriebsweise kann der Oszillator eine wesentlich höhere Frequenz erhalten, durch Untersetzung kann dann ein zeitgerechter Einsatz für die Messung der Amplitudenspitze erreicht werden. Bei der Auswertung kann man entweder durch einen redundanten Binärcode oder durch Abzählung Fehler aussieben und dann eine Blockwiederholung veranlassen. Eine solche Auswerteeinrichtung ist also sehr einfach. Wird z. B. ein Block mit einem 5-bit-Code übertragen, so braucht zwischen den Codeworten keine Markierung sein, weil durch die Zahl der Halbwellen bzw. Perioden das Ende jedes Codewortes festgestellt wird. Nur das Blockende muß markiert werden, z. B. durch Unterbrechung des Wechselstromes oder durch besondere Codewörter oder durch das Senden von abwechselnd kleinen und großen Amplituden bzw. Codeelementen.

In Fig.2 sind Codeworte mit Halbwellen als Codeelemente dargestellt. Das Codewort ist fünfstellig. Mit einer Frequenz von 2500 Hz können dann 5000bit/s, wenn keine Gleichstromfreiheit verlangt wird, übertragen werden. Wird zusätzlich eine Phasenumtastung vorgesehen, so können 4 bit/s und Hertz erreicht werden.

In Fig.5 ist eine Anordnung gemäß dem Verfahren so dargestellt wie man ohne Modulation eine Markierung und Übertragung gemäß der Erfindung bewerkstelligen kann. Für die Markierung sollen dabei die Trägerfrequenzen eines 24-Kanal-WT-Systems vorgesehen werden. Die jeweilige Frequenz wird im Oszillator Osz erzeugt und einmal dem Verstärker V und zur Synchronisierung dem Binärzeichengeber Bz zugeführt Beim Nulldurchgang des Wechselstroms wird jedesmal auf den nächsten Binärschritt geschaltet und je nach Zustand des Binärschrittes die Arbeitskennlinie des Verstärkers so beeinflußt, daß eine große oder eine kleine Amplitude entsteht. Bei Verwendung der Periode als Codeelement wird die Arbeitskennlinie beim Übergang von 360 Grad auf 0 Grad im Bedarfsfall beeinflußt. Über den Verstärker geht dann der Wechselstrom über das Sendefilicr SFi und Anpas sungsübertrager AUS auf die Leitung. Die übrigen 23 Frequenzen sind genauso geschaltet. Auf der Empfangsseite gelangt dann der jeweilige Wechselstrom über ein Eingangsfilter zu einem Empfangsverstärker zu einem Ausgangsumseizer. In diesem erfolgt die Schnittstellenanpassung, z.B. die Umsetzung des binären Halbwellensystems in ein binäres Impulssystem,

Diese Art der digitalen Informationscodierung läßt sich natürlich auch beim Telefaxdienst anwenden. Dasselbe gilt für die digitale Sprachübertragung. Das digitale Fernsehen dürfte mit dieser Art der Codierung wirtschaftlich realisiert werden. Gerade beim Funk sind Einsparungen von Bandbreiten von immenser Bedeutung, um neue Frequenzbänder für andere Zwecke freizubekommen. Verwendet man z. B. beim Farbfernsehen für das Leuchtdichte- und die beiden Chrominanzsignale 20 verschiedene Werte, so sind für einen Bildpunkt 20 - 20 · 20 Kombinationen erforderlich, also 8000, das Codewort müßte dann 13stellig sein. Wird das Codeelement durch eine Halbwelle markiert wäre eine 6,5fache Frequenz der Bildpunktabtastgeschwindigkeit erforderlich. Bei Verwendung von 2 oder mehreren Frequenzen für die Codierung V?:\n man dann mit niedrigeren Frequenzen auskommen. Jeder Bildpunkt müßte dann zuerst gespeichert und dann in richtiger Reihenfolge der Bildröhre zugeführt werden. Bei einer solchen Kombinationsmarkierung eines Codewortes mit zwei oder mehreren Frequenzen parallel (z. B. entsprechend F i g. 4) muß so lange mit der Auswertung gewartet werden, bis die Halbwellen aller Frequenzen bzw. die Perioden aller Frequenzen ausgewertet sind oder aber die Halbwellen bzw. Perioden werden in einem Speicher in die entsprechenden Kombinationen umgewandelt

Bei der Bildübertragung sind Fehler ohne Bedeutung, bei der Datenübertragung dagegen müssen Fehler erkannt werden. Es gibt hierfür eine Vielzahl von Methoden um solche Fehler festzustellen. So gibt es z. B. einen fehlererkennenden 7er-Code. Von den 128 Variationen werden dabei nur diejenigen verwendet, bei denen das Verhältnis der beiden Kennzustände 3 :4 ist dies sind 35. Davon kann man 32 Codewörter für das internationale Telegrafenalphabet Nr. 2 und die übrigen fü> Steuerungszwecke vorsehen.

Diese Art der Informationscodierung läßt sich natürlich auch für die Tastwahl in Selbstwählanlagen verwenden. Bei den bisher verwendeten Mehrfrequenzverfahren wird 70 ms lang ein Gemisch von 2 aus 8 Frequenzen gesendet Bei einer Codierung gemäß der Erfindung kann man z. B. entsprechend der F i g. 6 verfahren. Nach dem Drücken einer Wahltaste wird die Gleichstromschleife hochohmig geschaltet, dies wird im Amt als Wahlbeginn ausgewertet. Für die Markierung soll z. B. eine Frequenz von 770 Hz vorgesehen werden. Erst nach dem Einschwingvorgang wird der Wechselstrom beim Durchlaufen von 0 angeschaltet. Nach 5 großen Amplituden kommt die eigentliche Codierung. Diese erfolgt mit 4 Binärschritten, so daß 16 Kombinationen möglich sind. Bis 70 ms verflossen sind, wird die Codierung laufend wiederholt In der F i g. 6 sind zuerst die 5 Halbwellen, es können auch Perioden sein, mi', großer Amplitude 1 ... 5 und dann die laufende Codierung mit den Halbwellen großer und kleiner Amplitude ί ... 4 dargestellt. Man kann natürlich zusätzlich einen Dauerwechselstrom z.B. von 1477 Hz senden. Letzteres ist bei elektronischen Koppelfeldern von Vorteil.

Natürlich läßt sioh das vorliegende Verfahren auch beim Bildfernsprechen einsetzen. In l^: i g. 7 ist ein Beispiel einer prinzipiellen Anordnung der Verbin-

cliingswege in einem Fernsprechselbstwählsystem dargestellt. Der Teilnehmer Ti wählt über ein Selbstwählsystem den Teilnehmer Tl an. Beide Teilnehmer haben noch einen 2. Hauptanschluß TIß und T2B. Letztere sind nicht im amtlichen Fernsprechbuch eingetragen. Automatisch, um eine Impulsserie nacheilend, wird vom Tlß-Anschluß eine Verbindung zum T2B-Anschluß aufgebaut. Der Π-Teilnehmer hat durch Tastendruck gekennzeichnet, daß er eine endverbindung zum Teilnehmer T2B aufbauen will. Im TIß sind die Rufnummern mit Bildanschlüssen gespeichert. Liegt im Wege der endverbindung ein »gassenbesctzt« vor. so wird dies ausgewertet und dem Teilnehmer Ti optisch oder akustisch übermittelt. Rr kann nun nochmals die entsprechende Bildtaste drücken. Die Wahlwiederholung des gewünschten Bildanschlusses kann auch automatisch erfolgen. Meldet sich der gewünschte Teilnehmer und ist auch eine Verbindung zu 7~2ß hergestellt, so erfolgt die Bildübertragung. Diese wird im Halbduplexbetrieb vorgenommen. In Fig. 3 ist das Prinzip hierfür dargestellt. Die Steuerung beider Fernseheinrichtungen erfolgt im Beispiel immer durch das Gerät des rufenden Teilnehmers. Da man während des Gespräches keinen Film sehen will, sondern nur das Gefühl der Nähe des Partners, genügt, wenn alle paar Sekunden ein Bildwechsel erfolgt. Die Bilder selbst werden von der Fernsehkamera FK nur während einer Sprechpause aufgenommen und einem Sendespeicher Sps zugeführt. Das Bild soll mit Hilfe von 4 Frequenzen gesendet werden. Der Speicher Sps ist in 4 Teilspeicher i unterteilt, und zwar für jede Frequenz ein Speicher. Je ein Viertel des Bildes ist dann in den Teilspeichern. Normal genügt ein Bild von 10 ■ 15 cm, so daß man mn 60 000 Bildpunkten auskommt. Bei Schwarz/Weiß-Übertragung genügen 8 llelligkeitswerte. Für die Codierung sind hierfür } Halbwollen oder Perioden erforderlich. Mil eier kleinsten Frequenz und der Halbwelle als Codeelemcnl können dann je Sekunde 1880 Bildpunkle übertragen werden. Für die Übertragung von 15 000 Bildpunkten sind dann ca. 8 Sekunden erforderlich. Vom Sendespeicher SPs sehen dann die Signale an den Codewandler CU. In diesem werden die Helligkeitswerte jedes Bildpunktes mit Hilfe dreier Halbwellen codiert und über ein Filter Fi und den Anpassungsübertrager AU der Leitung zugeführt. Die Zeilenmarkicrung erfolgt durch Abzahlung der BiIdpunktc. Auf diese Weise werden mn jeder Frequenz 15 000 Bildpunkle übertragen, lsi das Bild übertragen, wird ein Kennzeichen zur Gegenstelle gesendet, daß nun von dieser eine Bildübertragung erfolgen kann. Zugleich wird auf einen F.mpfangsspeicher SnF: I oder SpE2 umgeschaltet. Empfangsmäßig gelangen die Codierwcchselströme über die Filter Fi z. B. auf den Speicher SpE 1. In diesem wird jedes Codewort in einen magnetischen oder elektrischen Wert, für den Fernseher geeignet, umgewandelt. Sind alle Bildpunkte gespeichert, erfolgt eine laufende Abtastung, und zwar 25mal in der Sekunde. In der Folge wird die Einrichtung beim Teilnehmer I wieder auf Senden geschaltet. Immer wenn de- zuletzt angeschaltete Empfangsspeicher voll ist, wird der andere Empfangsspeicher gelöscht. Mit der Auslösung der Sprechverbindung TMT2 wird auch die Bildverbindung ausgelöst und die Bildeinrichtungen in die Ausgangslage gebracht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche;

   U Verfahren für die digitale Informationsübertragung, bei dem eine Codierung durch die Halbwellen oder Perioden eines Wechselstromes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß binäre Codeelemente aus den Halbwellen oder Perioden eines gleichförmigen Wechselstromes (z. B. sinusförmigen Wechselstromes) oder mehreren gleichförmigen Wechselströmen verschiedener Frequenz gebildet werden, die in einer unmittelbaren Aufeinanderfolge von positiven und negativen Halbwellen bzw. Perioden bestehen und bei denen die Kennzustände durch einen größten Amplitudenwert (Fig. Id, gA, Fig. la) und einen niedrigsten Amplitudenwert der ,5 jeweiligen Halbwelle (Fig. Ib, IcA) bzw. Periode (Fig. Ic) des Wechselstromes gekennzeichnet werden, der niedrigste Amplitudenwert wird dabei so bemessen, daß dieser mindestens kleiner als der halbe Wert der größten Amplitude ist, oder daß der _M niedrigste „Äiiplitudenwert durch Unterdrückung der jeweiligen Ha'.bwslie oder der Periode gebildet wird, wobei das Codewort entweder durch die Aufeinanderfolge der Codeelemente eines Wechselstromes (Fig.2) oder/und durch die parallele Anordnung und Zuordnung der Codeelemente in Wechselströmen verschiedener Frequenz und/oder verschiedener Übertragungswege gebildet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Übertragungswege mit Fernsprech- _M bandbreite auf Frequenzmultiplexbasis mittels Filter

   in eine Vielzvhi von Kanälen zur Übertragung je einer Frequenz aufgeteilt werden, wobei der Binärzeichengeber (F i g. 5, Bz)äO mit dem Oszillator gekoppelt ist, daß jeweils mit dem 0 bzw. 180 Grad-Durchgang bzw. bei Verwendung von Perioden für die Markierung mit dem Nulldurchgang auf deß nächsten Binärschritt geschallet wird, wobei durch den jeweiligen Zustand des Binärschrittes die Halbwelle bzw. Periode einen kleinen oder großen Kennzustand erhält.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codev/orte durch Abzählung der Halbwellen bzw. Perioden ermittelt werden.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen I und 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses für Tastwahl vorgesehen ist, indem ein eindeutiges Vorkennzeichen für den Beginn des Codewortes festgelegt wird (F i g. 6,1 bis 5 große Halbwellen) und das Codewort bis zur Beendigung der Tastenmarkierung wiederholt wird.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen I und 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieses für die Pulscodemodulation vorgesehen wird, indem je nach Intervallzahl ein Codewort mit entsprechender Stellenzahl gewählt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses für die Bildübertragung über Fernsprechleitungen vorgesehen wird, indem den Helligkcitswerten beim Schwarz/Weiß' bzw. das eo Leuchtdichte und die Chrominanzsignale beim Farbfernsehen je Bildpunkt in ein bzw. mehrere Codewörter mit Hilfe einer oder mehrerer Frequenzen umgewandelt wird und in Speichern festgehalten werden und dann entsprechend der Sendege- schwindigkeit abgegriffen und übertragen werden, auf der Empfangsseite sind ebenfalls zur Aufnahme der Codewörter Speicher angeordnet, die erst nach Aufnahme eines Bildes dem Fernsehempfänger in der Geschwindigkeit eines Kinowechsels zugeführt werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bildübertragung automatisch eine Parallelverbindung zur Sprechverbindung aufgebaut wird, wobei die Rufnummer des gerufenen Teilnehmers durch Tastendruck bei Bildübertragung gespeichert wird.