DE3233288C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Insbesondere in der Fernsehtechnik aber auch in anderen Bereichen der Nachrichtentechnik ist es für verschiedene Anwendungen erforderlich, Signale zeitlich zu dehnen oder zu stauchen. Grundsätzlich werden die derart zu behandelnden Signale in Speicher eingeschrieben und mit einer vom Einschreibvorgang abweichenden Geschwindigkeit wieder ausgelesen. Da die hierzu benötigten Speicher digitale Speicher sind, ist es erforderlich, die zu beeinflussenden Signale vor der Speicherung in digitale Signale umzuwandeln - falls sie nicht bereits in digitaler Form vorliegen - und nach der entsprechenden Beeinflussung ggf. wieder in analoge zurückzuwandeln.

Aus der DE 26 34 426 A1 ist eine Bandkompressionseinrichtung - beispielsweise für Radarsysteme - bekannt, bei der die Kompression durch eine Verlängerung der Dauer der Nutzsignale darstellenden Impulse durchgeführt wird. Diese bekannte Einrichtung enthält dabei mehrere in Reihe geschaltete Speicher und eine hierfür notwendige relativ aufwendige Takt-Steuerschaltung.

Weiterhin ist in der DE 30 09 152 A1 ein System zum gleichzeitigen Übertragen einer Vielzahl von Zeichen über einen Transponder beschrieben. Bei diesem bekannten System werden die abgetasteten und gespeicherten Signale mit einer kleineren Abtastrate aus dem Speicher wieder ausgelesen, wobei eine nachfolgende Schaltungseinrichtung ein komprimiertes Signal liefert.

Die wichtigsten Anwendungen auf dem Gebiet der Fernsehtechnik sind das sogenannte elektrische Zoom, wobei außer der linearen Größenveränderung auch Veränderungen lediglich in vertikaler oder horizontaler Richtung und die verschiedensten Verzerrungen des Bildes möglich sind. Weitere Anwendungen sind Formatänderungen, beispielsweise für die Wiedergabe von Cinemascopefilmen, Normwandler für die Umwandlung von Fernsehsignalen, verschiedener Zeilenzahlen und/oder Bildfrequenzen.

So ist beipielsweise aus G. A. Reitmeier: "Spatial Compression and Expansion of Digital Television Images", RCA Review, Vol. 42, Nr. 1, März 1981, Seite 3 ff, insbesondere S. 9 bis S. 13, eine derartige Einrichtung bekannt, bei welcher zur Kompression einige der Abtastwerte eines Videosignals ausgelassen werden. Dieses führt jedoch bei gegebenen Abtastfrequenzen zu Störungen des wiedergegebenen Bildes. Ein weiterer Vorschlag innerhalb der o. g. Literaturstelle, insbesondere S. 43 ff, besteht aus der Abtastung des zu beeinflussenden Signals mit einer anderen als der ursprünglichen Abtastfrequenz. Dazu ist es erforderlich, die jeweiligen neu entstehenden Abtastwerte durch Interpolation zu ermitteln. Werden nun diesse neuen Abtastwerte in einen Speicher eingeschrieben und mit dem ursprünglichen Takt wieder ausgelesen, so entsteht eine Kompression und/oder Expansion. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß eine Abtastfrequenz erforderlich ist, welche von derjenigen, mit der die Signale ursprünglich abgetastet wurden, verschieden ist. Insbesondere bei einem variablen Kompressions- und/oder Expansionsfaktor ergeben sich dadurch Schwierigkeiten beim Zusammenspiel der einzelnen Schaltungsteile der Interpolationsschaltung sowie des Speichers.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Einrichtung zur zeitlichen Kompression und/oder Expansion von elektrischen Signalen zu schaffen, deren Kompressions- bzw. Expansionsfaktor weitgehend kontinuierlich einstellbar ist und bei welcher ein möglichst geringer Aufwand an Schaltungsmitteln benötigt wird.

Gelöst wird diesse Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß eine nahezu kontinuierliche Einstellung des Kompressions- bzw. Expansionsfaktors möglich ist und daß bei der schaltungstechnischen Ausgestaltung der Einrichtung unabhängig von diesem Faktor extern nur eine Abtastfrequenz auftritt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch der angegebenen Einrichtung möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 zeigt schematisch die bei der Interpolation entstehenden Signale für den Fall einer Expansion,

Fig. 3 zeigt als Blockschaltbild die wesentlichen Teile der Steuereinheit, welche Bestandteil der Anordnung nach Fig. 1 ist,

Fig. 4 zeigt für den Fall einer Expansion die zeitliche Folge einiger beispielhafter Abtastwerte,

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Interpolators,

Fig. 6 zeigt einen Interpolator für den Fall der Kompression,

Fig. 7 zeigt schematisch die Interpolation von Abtastwerten für den Fall der Kompression,

Fig. 8 zeigt einen Interpolator für den Fall der vertikalen Expansion und

Fig. 9 zeigt ebenfalls schematisch eine Einrichtung zur vertikalen und horizontalen Kompression und Expansion von Videosignalen.

Der Einfachheit halber wird die erfindungsgemäße Einrichtung zunächst anhand der Fig. 1 bis 7 für eine horizontale Kompression bzw. Expansion von Videosignalen beschrieben.

Der Schaltung nach Fig. 1 werden bei 1 die zu komprimierenden oder zu expandierenden Signale zugeführt. Mit Hilfe eines Amplitudensiebes 2 wird der Horizontalimpuls H abgetrennt und der Steuereinheit 3 zugeführt. Außerdem wird aus dem Horizontalimpuls H ein Taktsignal T_a gewonnen. Dieses Taktsignal T_a wird in einem steuerbaren Oszillator 4 erzeugt, dessen Ausgangssignal über einen Frequenzteiler 5 einem Eingang einer Phasenvergleichsschaltung 6 zugeführt wird, an dessen anderem Eingang der Horizontalimpuls H anliegt. Die Ausgangsspannung der Phasenvergleichsschaltung 6 steuert die Frequenz des Oszillators 4 dahingehend, daß sie ein von der Frequenzteilerschaltung 5 bestimmtes Vielfaches der Horizontalfrequenz beträgt. Derartige Schaltungen, auch PLL-Schaltungen genannt, sind bekannt und werden insbesondere in der Fernsehtechnik zur Verkopplung verschiedener Frequenzen angewendet. Das entstehende Taktsignal T_a wird dem Takteingang eines Analog/ Digital-Wandlers 8 zugeführt, welcher die am Eingang 1 in analoger Form vorliegenden Signale nach Bandbegrenzung durch einen Tiefpaß 7 in digitale Signale umwandelt. Für übliche Fernsehsignale wird die Grenzfrequenz des Tiefpasses bei 5 MHz liegen, so daß damit eine Frequenz des Abtasttaktes T_a von mehr als 10 MHz erforderlich ist, um sogenannte Aliasstörungen zu verhindern.

Die digitalen Signale gelangen über einen digitalen Tiefpaß 9, dessen Funktion später beschrieben wird, zu einem Interpolator 10. Zur Kompression werden in den Interpolator 10 pro Zeiteinheit eine der Frequenz des Taktes T_a entsprechende Anzahl von Abtastwerten eingeschrieben, während eine niedrigere Anzahl pro Zeiteinheit mit dem Takt T_k ausgelesen wird. Einzelheiten hierzu werden im Zusammenhang mit den Fig. 2, 3 und 4 erläutert. In einer Speichereinrichtung, bestehend aus den beiden Zeilenspeichern 11 und 12, sowie den Umschaltern 13 und 14, werden die Ausgangssignale des Interpolators 10 (mit T_k) gespeichert und um das Verhältnis T_k/T_a schneller ausgelesen. Damit wird eine zeitliche Kompression erreicht. Für den Betrieb der Anordnung nach Fig. 1 als Kompressionsschaltung kann der weitere Interpolator 15 außer Betracht bleiben, ebenso der digitale Tiefpaß 16, welcher bei Kompression der Signale unwirksam ist. Die zeitkomprimierten Signale gelangen schließlich über den Digital/Analog-Wandler 17 und den analogen Tiefpaß 18 zum Ausgang 19 der Anordnung nach Fig. 1.

Wie bereits erwähnt, ist bei einer Kompression der Interpolator 15 unwirksam. Dazu wird von der Steuereinheit bei den Takteingängen des Interpolators 15 der Takt T_a zugeführt. Soll jedoch die Schaltung nach Fig. 1 zur Expansion verwendet werden, wird beiden Takteingängen des Interpolators 10 der Takt T_a zugeführt, so daß dieser unwirksam wird, während der Interpolator 15 in entgegengesetzter Weise wirkt wie der Interpolator 10 bei der Kompression, d. h., dem Interpolator 15 werden Taktsignale T_e und T_a zugeführt.

Im Zusammenhang mit den Speichern 11 und 12 sei noch auf folgende Besonderheit hingewiesen: Für das erfindungsgemäße System geeignete Speicher können nicht unabhängig voneinander im Schreib- bzw. Lesebetrieb arbeiten. Es sind deshalb zwei Speicher 11 und 12 vorgesehen, welche zeilenweise abwechselnd jeweils im Lese- und im Schreibbetrieb arbeiten. Hierzu werden die Schalter 13 und 14 mit Signalen halber Zeilenfrequenz aus der Steuereinheit 3 angesteuert. Für die im Bereich der Interpolatoren 10, 15 und der Speichereinrichtung 11 bis 14 auftretenden niedrigeren Abtastfrequenzen ist ebenfalls eine Beachtung des Abtasttheorems erforderlich. Hierzu sind die digitalen Tiefpässe 9 und 16 vorgesehen, deren Grundfrequenz steuerbar ist. Hierzu geeignete Tiefpässe sind sogenannte Butterworth-Filter oder Filter nach der deutschen Patentanmeldung P 31 21 310.

Die Steuereinheit 3 gibt außer den Taktsignalen T_k (Anschluß 29) und T_e (Anschluß 30) sowie dem Signal mit halber Zeilenfrequenz 2H (Anschlüsse 38, 39) noch digitale Signale (Ausgänge 36, 37) zur Kennzeichnung des Interpolationskoeffizienten an die Interpolatoren 10 und 15 ab. Die Steuereinheit 3 wird anhand der Fig. 3 genauer beschrieben.

Zunächst sei jedoch anhand von Fig. 2 auf die Interpolation bei digitalen Verfahren zur Kompression oder Expansion von Signalen eingegangen. In Zeile a der Fig. 2 sind auf der Zeitachse t schematisch mehrere Abtastwerte dargestellt, welche mit x₀, x₁, x₂, x₃ . . . bezeichnet sind und in einem zeitlichen Abstand von T_a auftreten. Diese Abtastwerte werden nun in einen Speicher - beispielsweise in den Speicher 11 (Fig. 1) - eingeschrieben und zum Zwecke der Expansion mit einem langsameren Takt T_e ausgelesen, wie es in Zeile b der Fig. 2 dargestellt ist. Damit ist zwar das Signal als solches gedehnt, es liegt jedoch noch mit einem Takt T_e vor, welcher einerseits bei veränderlichem Expansionsfaktor ebenfalls veränderlich ist und andererseits für die weitere Verarbeitung der digitalen Signale nicht unbedingt geeignet ist. Es werden daher, wie in Zeile c dargestellt, im ursprünglichen Takt T_a Interpolationswerte ermittelt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird eine lineare Interpolation angewandt, welche unter der Voraussetzung, daß die Takte T_e und T_a sich wie 3 : 4 verhalten, die zwischen Zeile b und Zeile c dargestellten Koeffizienten ergeben.

Wie im Zusammenhang mit Fig. 3 noch näher erläutert wird, werden die Interpolationskoeffizienten und die ggf. erforderlichen Adressen für die Ablage der Abtastwerte im Speicher in der Steuereinheit 3 (Fig. 1) erzeugt. Bei einer Anwendung dieser Erzeugung auf das in Fig. 2 gezeigte Beispiel ergeben sich die in den Zeilen d-f dargestellten Werte; und zwar ergibt sich durch eine besonders einfache Schaltung der Steuereinheit 3 ein einziger mehrstelliger Zahlenwert, dessen Stellen vor dem Komma die Adresse und dessen Stellen nach dem Komma den Interpolationskoeffizienten angeben. Die in Zeile d dargestellten neuen Abtastwerte x₀′, x₁′, x₂′, x₃′, x₄′ treten gleichzeitig mit der wiederholten Addition des Kompressionsfaktors K = 0,75 zum Inhalt eines Akkumulators auf. Dieser Inhalt ist in Zeile e dargestellt. Werden nun die Stellen vor dem Komma von denen nach dem Komma voneinander getrennt, so erhält man für die interpolierten Abtastwerte x₀′, x₁′ usw. die in Zeile f dargestellte Rechenregel.

Fig. 3 zeigt den wesentlichen Teil der Steuereinheit, welche zur Erzeugung der Takte T_e und T_k und zur Erzeugung der Interpolationskoeffizienten dient. Die in Klammern angegebenen Bezeichnungen beziehen sich auf die Anwendung der Steuereinheit zur vertikalen Bildkompression bzw. -expansion und bleiben bei der folgenden Beschreibung außer Betracht.

Der Schaltung nach Fig. 3 wird der Abtasttakt T_a bei 21 zugeführt. Er wird jeweils einem Eingang der Und-Schaltungen 22 und 23 zugeleitet, deren andere Eingänge bei offenen Schaltern 24, 25 über je einen Widerstand 26 und 27 auf logisch 1 liegen. Dadurch wird bewirkt, daß der Takt T_a ohne Beeinflussung durch das Ausgangssignal des Komparators 28 durch dasjenige Gatter 22, 23 geleitet wird, dessen zugeordneter Schalter 24, 25 sich in nichtleitender Stellung befindet. Ist also der Schalter 24 geöffnet, so gelangt der Takt T_a direkt zur Klemme 29. Ist der Schalter 25 geöffnet, während der Schalter 24 geschlossen ist, gelangt der Takt T_a zur Klemme 30. Bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Systems zur Kompression ist der Schalter 25 geöffnet, während sich der Schalter 24 im leitenden Zustand befindet. Bei einer Verwendung zur Expansion befinden sich die Schalter 24 und 25 in der gezeichneten Stellung.

Ferner wird der Schaltung nach Fig. 3 bei 31 der Kompressionsfaktor K in Form einer mehrstelligen Zahl zugeführt. Ist der Kompressionsfaktor K kleiner als 1, arbeitet das System nach Fig. 1 als Expansionsschaltung, bei K größer als 1 als Kompressionsschaltung. Der Kompressionsfaktor wird nun in einem Addierer 32 zur Summe aller in der jeweils betrachteten Zeiteinheit - beispielsweise innerhalb einer Fernsehzeile - bereits angefallenen Kompressionsfaktoren hinzuaddiert. Das Ergebnis wird im Takt T_a in das D-Register 33 eingeschrieben. Am Ausgang des D-Registers befindet sich dann die Summe A_i aller Kompressionsfaktoren, welche dem Addierer 32 wiederum zugeführt wird, um den Kompressionsfaktor wiederum hinzuaddieren und die Summe beim nächsten auftretenden Impuls T_a in das D-Register zu übernehmen. Bei dieser Gelegenheit sei vermerkt, daß im einfachsten Fall der Kompressionsfaktor K konstant ist, daß jedoch ohne weiteres eine Zeitabhängigkeit des Kompressionsfaktors K bestehen kann, um beispielsweise nichtlineare geometrische Verzerrungen zu erreichen. Von der besagten Summe A_i wird der jeweils ganzzahlige Anteil a_k - also die Stellen vor dem Komma - dem Komparator 28 zugeführt, während das Ausgangssignal b_i eines Zählers 34 am anderen Komparatoreingang ansteht. Da nun bei der Expansion voraussetzungsgemäß K kleiner 1 ist, der Zähler 34 jedoch bei jedem Taktimpuls T_a um 1 weiterzählt, würde Zähler 34 dem aus dem Addierer 32 und dem D-Register 33 bestehenden Akkumulator sozusagen davonlaufen. Dabei wird der ganzzahlige Anteil a_k des Akkumulatorausgangssignals A_i kleiner als das Ausgangssignal b_i des Zählers 34 und es tritt am Ausgang des Komparators 28 Null auf, was dazu führt, daß die Taktimpulse T_a so lange nicht mehr zum Schaltungspunkt 30 und damit zum Zähleingang des Zählers 34 gelangen, bis die Zahlen a_k und b_i gleich sind.

Ein weiteres D-Register 42, welches mit T_a getaktet wird, verzögert das Ausgangssignal des Komparators 28 um eine Abtastperiode. Das verzögerte Signal D liegt am Ausgang 43 an und wird zum Interpolator 10 geleitet.

In Fig. 4 sind diese Vorgänge anhand von Zeitdiagrammen noch einmal anschaulich dargestellt, und zwar zeigt Zeile a das Taktsignal T_a, Zeile b das Taktsignal T_e, Zeile c das Ausgangssignal A_i des D-Registers 33, Zeile d das Ausgangssignal b_i des Zählers 34 und Zeile e das Ausgangssignal des Komparators 28.

Zu Beginn einer Fernsehzeile werden sowohl das D-Register 33 als auch der Zähler 34 mit Hilfe eines bei 35 zugeführten zeilenfrequenten Impulses H auf Null gesetzt. Durch den ersten in Zeile a gezeigten Taktimpuls T_a wird der gewünschte Expansionsfaktor K - in diesem Fall 0,8 - in das D-Register 33 übernommen. Während der ersten Abtasttaktperiode T_a1 sind die Inhalte des D-Registers 33 und des Zählers 34 gleich. Der Komparator 28 gibt daher eine 1 ab, weshalb der Taktimpuls T_a über das Und-Gatter 23 zum Schaltungspunkt 30 gelangt, somit also auch im Takt T_e ein Impuls auftritt. Durch diese beiden gleichzeitig auftretenden Impulse wird jedoch der Zähler 34 auf 1 gesetzt, während in das D-Register 33 K=0,8 eingeschrieben wird. An den Komparatoreingängen befinden sich nun ungleiche Daten. Der Ausgang wird deshalb auf Null geschaltet. Der nächste auftretende Taktimpuls wird also nicht an den Eingang des Zählers 34 und an den Schaltungspunkt 30 weitergeleitet. Die Impulsreihe T_e erfährt hier also eine Unterbrechung. Dadurch wird bewirkt, daß der Inhalt des Zählers 34 bei 1 stehenbleibt, während der Inhalt des D- Registers 33 auf 1,6 erhöht wird. Hierauf gleicht wieder der ganzzahlige Anteil a_k des Signals A_i dem Signal b_i, worauf am Komparatorausgang eine 1 entsteht. Der dritte gezeigte Impuls des Taktsignals T_a wird also wieder zum Schaltungspunkt 30 geleitet usw. Es entsteht somit ein Takt T_e, welcher sich zwar im Taktraster des Taktes T_a befindet, über einen entsprechend langen Zeitraum betrachtet jedoch weniger Abtastwerte umfaßt.

Für die Kompression von Signalen wird Schalter 24 geschlossen und Schalter 25 geöffnet, so daß der Takt T_a direkt zum Eingang des Zählers 34 gelangt. Ferner wird bei 31 ein Kompressionsfaktor K größer 1 zugeführt. Zunächst gelangt jedoch auch der Takt T_a über das Und-Gatter 22 zum Takteingang des D-Registers 33, so daß im Addierer 32 und im D-Register 33 mit jedem Taktimpuls T_a ein Wort K aufaddiert wird. Da dieser im Falle der Kompression größer als 1 ist, läuft nun der Inhalt des D- Registers 33 dem Inhalt des Zählers 34 fort, so daß sich in Abhängigkeit von K der ganzzahlige Anteil a_k vom Signal b_i mehr oder weniger häufig unterscheidet und somit wie beim Expandieren bei dem Takt T_k Impulse entfallen. Es ergibt sich auch hierbei, daß der Anteil a_i des Signals A_i nach dem Komma dem Interpolationskoeffizienten entspricht, welcher nach Taktung in einem weiteren D-Register 45 über einen Umschalter 40 den Ausgängen 36 und 37 zugeführt ist. Beim Betrieb als Kompressionsschaltung befindet sich der Schalter 40 in der oberen Stellung, so daß der Interpolationskoeffizient über den Ausgang 36 dem Interpolator 10 zugeführt wird, während der Interpolator 15 über den Ausgang 37 den Wert Null als Koeffizient a_i erhält. Beim Expansionsbetrieb gelangt der Koeffizient a_i über den Ausgang 37 zum Interpolator 15 (Fig. 1) und der Interpolator 10 erhält Null.

Als Speicher 11, 12 können Speicher verwendet werden, aus welchen die gespeicherten Signale mit der gleichen Reihenausfolge wie beim Einschreiben ausgelesen werden können. Solche Speicher benötigen im allgemeinen keine Adresse. Es ist jedoch auch die Verwendung von adressierbaren Speichern möglich. Hierbei kann der ganzzahlige Anteil a_k des Signals A_i als Adresse verwendet werden. In diesem Zusammenhang sei noch darauf hingewiesen, daß mit adressierbaren Speichern noch andere Effekte, wie beispielsweise Spiegelungen, zu erreichen sind.

Das in Zeile f der Fig. 4 dargestellte Signal stellt den am Ausgang 37 der Anordnung nach Fig. 3 anstehenden Interpolationskoeffizienten a_i dar. Wie aus Fig. 4 ohne weiteres ersichtlich, entspricht dieses Signal der Stelle nach dem Komma des in Zeile c dargestellten Signals A_i.

Es ist jedoch durch das D-Register 45 (Fig. 3) um eine Taktperiode T_a verschoben. Dieser Interpolationsfaktor a_i sowie das in Zeile g dargestellte zu expandierende Signal wird dem Interpolator 15 zugeführt.

Der Interpolator 15 selbst ist als Blockschaltbild in Fig. 5 dargestellt. Er besteht aus einem D-Register 50 und einem Überblender 51. Dem D-Register 50 werden die zu beeinflussenden Signale am Eingang 52 zugeführt. Der Überblender 51 leitet die an seinen Eingängen 53 und 54 anstehenden Signale zu einem Ausgang 55 als Funktion eines einem Steuereingang 56 zugeführten weiteren Signals weiter. Das eine der Eingangssignale wird direkt mit dem bei 56 zugeführten Koeffizienten a_i multipliziert, während das andere der Eingangssignale mit (1-a_i) multipliziert wird. Dem D-Register 50 wird übrigens ein Takt T_e zugeführt, welcher dem Schaltungspunkt 30 der Anordnung nach Fig. 3 entnommen ist.

In Fig. 4 sind nun in Zeile g mit x₁ bis x₅ diejenigen Signale bezeichnet, welche aus dem Speicher 11 bzw. 12 (Fig. 1) im Takt T_e ausgelesen werden. Es liegt bereits eine Expansion vor, denn ursprünglich betrug die Übertragungszeit für 4 Abtastwerte (beispielsweise x₁ bis x₄) vier Abtastperioden T_a, während das Auslesen aus dem Speicher innerhalb von fünf Abtastperioden T_a erfolgt. In Zeile h der Fig. 4 sind die um jeweils im Takt T_e verzögerten Abtastwerte x₀ bis x₄ dargestellt. Durch den Überblendvorgang ergeben sich die in Zeile i dargestellten Signale, welche expandiert sind und einen kontinuierlichen Takt aufweisen.

Fig. 6 zeigt nun in ähnlicher Weise wie Fig. 4 die zeitlichen Vorgänge bei der Kompression. In Zeile a ist wiederum der Abtasttakt T_a dargestellt, in Zeile b der Kompressionstakt T_k. Zeile c stellt den Inhalt des Zählers 34 (Fig. 3) dar, während in Zeile d der Inhalt des D- Registers 33 angegeben ist. Beträgt der Inhalt des Zählers 34 4, so hat das D-Register 33 durch Akkumulation des Wertes 1,25 bereits den Wert 5 erreicht. Der Komparator 28 gibt daher Null ab (Zeile e), so daß die Zuführung eines Impulses T_a zum D-Register 33 unterbleibt. Beim nächsten Abtasttakt T_a bleibt daher das D-Register 33 auf dem Wert 5 stehen und wird erst beim übernächsten Takt auf den Wert 6,25 gebracht. Der sich am Ausgang des D-Registers 45 ergebende Interpolationskoeffizient a_i ist in Zeile f dargestellt.

Bevor jedoch auf die weiteren in Fig. 6 dargestellten Signale eingegangen wird, folgte eine kurze Erläuterung des Interpolators 10 (Fig. 1) für die Kompression gem. Fig. 7. Mit der Anordnung des Interpolators 10 vor dem Speicher, während sich der Interpolator 15 nach dem Speicher befindet, wird erreicht, daß sowohl beim Komprimieren als auch beim Expandieren keine Taktsignale erforderlich sind, welche eine höhere Frequenz als der Abtasttakt T_a aufweisen. Da die erforderliche Frequenz des Abtasttaktes für Fernsehsignale ohnehin schon recht hoch ist, erleichtert diese Maßnahme die schaltungstechnische Realisierung des erfindungsgemäßen Systems.

Die zu komprimierenden Signale werden nun einem Eingang 71 der Anordnung nach Fig. 7 zugeführt und gelangen in ein D-Register 72, welches mit dem Abtasttakt T_a getriggert wird. Die Eingangs- und die Ausgangssignale des D-Registers 72 werden den Eingängen 75 und 76 eines Überblenders 73 zugeführt, in dessen Steuereingang 74 der Interpolationskoeffizient a_i eingespeist wird. Das Überblendprodukt steht als Interpolationswert am Ausgang des Überblenders 73 zur Verfügung.

Zur weiteren Erläuterung der Funktion des Interpolators nach Fig. 7 wird nunmehr wieder auf Fig. 6 verwiesen, in deren Zeilen g und h die dem Überblender in Fig. 5 zugeführten Signale dargestellt sind. Durch die Interpolation beider Signale mit den in Zeile f dargestellten Interpolationskoeffizienten ergeben sich die in Zeile i gezeigten Signale; diese werden nun in den Speicher 11 bzw. 12 (Fig. 1) eingeschrieben, was mit dem Takt T_k erfolgt. Da jedoch durch Interpolation der Werte x₅ und x₄ ein neuer Wert gebildet wurde, welcher nicht benötigt wird, ist bei der Anordnung nach Fig. 7 ein Schalter 77 vorgesehen, welcher den in Fig. 6, Zeile i schraffierten Wert nicht zum Ausgang 79 - und damit zum Speicher - leitet. Dazu ist der Steuereingang 78 mit dem Ausgang 43 der Steuereinheit (Fig. 3) verbunden.

Nach dem Auslesen aus dem Speicher mit einem Takt T_a liegt dann das in Zeile k dargestellte zeitkomprimierte Signal vor. Dieses Signal wird dann in den nachfolgenden Stufen der Anordnung nach Fig. 1 nicht weiter beeinflußt, wozu u. a. dem Interpolator 15 an beiden Takteingängen ein Takt T_a und als Interpolationskoeffizient 0 zugeführt wird.

Wie eingangs erwähnt, wurde zunächst eine Einrichtung zur Kompression oder Expansion eines Fernsehbildes in horizontaler Richtung beschrieben. Eine Größenänderung in vertikaler Richtung kann nun grundsätzlich mit dem gleichen System erfolgen, wenn in den Interpolatoren nicht nebeneinander liegende Abtastwerte interpoliert werden, sondern übereinanderliegende Abtastwerte - das heißt, benachbarte Abtastwerte zweier aufeinanderfolgender Zeilen - zur Interpolation herangezogen werden. Ferner ist anstelle der Zeilenspeicher 11 und 12 (Fig. 1) jeweils ein Halbbildspeicher erforderlich.

Der Steuereinheit wird dann anstelle des Abtasttaktes T_a ein Horizontalimpuls H und anstelle des Horizontalimpulses H ein Vertikalimpuls V zugeführt. Anstelle der Ausgangssignale der Steuereinheit T_k und T_e, welche eine der Abtastfrequenz entsprechende Folgefrequenz aufweisen, treten dann die Signale T_kV und T_eV mit einer Folgefrequenz auf, welche der Vertikalfrequenz V des Fernsehsignals entspricht. Die genannten Bezeichnungen sind in Fig. 3 in Klammern angegeben.

Zur Interpolation zweier übereinanderliegender Bildpunkte zum Zwecke der Kompression kann ein Interpolator 10, welcher als Blockschaltbild in Fig. 7 dargestellt ist, verwendet werden, wobei lediglich anstelle des D-Registers 72, welches die Signale um eine Abtastperiode verzögert, ein Schieberegister mit einer der Anzahl der Abtastwerte pro Zeile entsprechenden Anzahl von Speicherplätzen verwendet werden kann. Bei einem praktisch ausgeführten Gerät wurden 864 Speicherplätze für jeweils 8 Bit verwendet.

Ein etwas vom Interpolator 15 abweichender Interpolator für die vertikale Expansion ist in Fig. 8 dargestellt. Ihm werden die Ausgangssignale des Speichers bei 81 zugeführt und der Interpolationskoeffizient bei 84. Das Schieberegister 82 weist eine Anzahl der Abtastwerte je Zeile entsprechende Anzahl von Speicherplätzen auf, so daß sich bei Zuführung des Abtasttaktes T_a eine Verzögerung um eine Zeile ergibt. Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 5 beschrieben, werden das unverzögerte sowie das um eine Zeile verzögerte Signal den Eingängen 85 und 86 eines Überblenders 83 zugeführt und entsprechend dem Interpolationskoeffizienten der Interpolationswert gebildet und am Ausgang 89 abgegeben.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, werden jedoch die Abtastwerte (z. B. x₀ und x₁) während zweier Interpolationsperioden benötigt. Da in diesem Fall eine Interpolationsperiode einer Zeilendauer entspricht, im Falle der vertikalen Expansion die in Fig. 4 dargestellten Werte x₁, x₂ usw. beispielsweise die obenerwähnten 864 Abtastwerte darstellen, ist eine Wiederholung der Abtastwerte jeweils einer Zeile erforderlich. Hierzu ist am Eingang des Schieberegisters 82 ein Umschalter 87 vorgesehen, dessen Select-Eingang 88 mit dem Impuls D (s. Ausgang 43 der Fig. 3) beaufschlagt ist. Solange Impulse des Taktes T_eV gleichzeitig mit H-Impulsen auftreten, befindet sich der Schalter in der unteren Stellung. Bei Fehlen von Impulsen, also nach dem Auftreten des in Zeile e (Fig. 4) dargestellten Impulses wird der Schalter 88 durch den Impuls D in die obere Stellung gebracht. Die in Fig. 4 in Klammern angegebenen Bezeichnungen gelten wiederum für eine vertikale Expansion.

Fig. 9 zeigt schließlich eine Anordnung zur Größenänderung eines Fernsehbildes in beiden Richtungen. Die Signale werden wiederum bei 1 zugeführt, in einem Tiefpaß 7 bandbegrenzt und mit Hilfe eines Analog/Digital-Wandlers 8 in digitale Signale umgewandelt. Die Gewinnung des Takts und des H-Impulses geschieht ebenfalls wie bei der Anordnung nach Fig. 1 mit Hilfe eines Amplitudensiebes 2 und einer PLL-Schaltung 4, 5, 6. Aus dem Amplitudensieb 2 wird ferner ein Impuls V abgeleitet. Der Schaltungsblock 91 umfaßt die Elemente 9 bis 16 der Anordnung nach Fig. 1. Er beinhaltet also diejenigen Elemente, welche zur Expansion bzw. Kompression von bereits digital vorliegenden Fernsehsignalen in horizontaler Richtung erforderlich sind und wird von den Signalen T_k, a_i und T_e mit Hilfe der Steuereinheit 3 angesteuert. Ein Taktsignal T_a wird ihm ebenfalls zugeführt. Die somit in horizontaler Richtung beeinflußten Signale werden einer zweiten Expansions- bzw. Kompressionschaltung 92 zugeführt, welche ähnliche, entsprechend den obigen Ausführungen abgewandelte Elemente 9′ bis 16′ beinhaltet. Hierzu gehört eine Steuereinheit 3′, welche mit den Impulsen H und V getaktet wird und an die Schaltung 92 die Signale T_kV, T_eV und a_iV abgibt. Nach der einer vertikalen Größenänderung entsprechenden Beeinflussung werden die Ausgangssignale der Schaltung 92 in dem Digital/Analog-Wandler 17 in analoge Signale rückgewandelt und gelangen über den Tiefpaß 18 zum Ausgang 19 der Anordnung nach Fig. 9.

Die Kompressionsfaktoren K_H für die horizontale Größenänderung und K_V für die vertikale Größenänderung sind mit den Gebern 93 und 94 einstellbar. Die Geber können beispielsweise aus Potentiometern mit je einem anschließenden Analog/Digital-Wandler bestehen. Es sind jedoch auch entsprechende digitale Geber bekannt. Eine weitere Möglichkeit besteht in sogenannten Inkrementalgebern, bei welchen ein Vorwärts/Rückwärts-Zähler vorgesehen ist, welcher durch die Zuführung entsprechender Impulse aufwärts bzw. abwärts zählt. Ebenfalls mit Zählern läßt sich eine kontinuierliche zeitliche Veränderung des Kompressionsfaktors erreichen. Selbstverständlich können die Kompressionsfaktoren K_H und K_V auch von Recheneinheiten aufgrund von gespeicherten Daten und vorgegebenen Algorithmen erzeugt werden.

Mit den Einstellern 93 und 94 können die Faktoren K_H und K_V getrennt beeinflußt werden. Im Normalfall einer unverzerrten Bildvergrößerung oder -verkleinerung gilt jedoch K_H=K_V. Hierfür kann Schalter 95 in die gezeichnete Stellung gebracht werden, so daß beide Faktoren vom Einsteller 93 den Steuereinheiten 3 und 3′ zugeleitet werden können.

Bisher wurde das erfindungsgemäße System und seine Anwendung auf Fernsehsignale beschrieben. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße System auch für Farbfernsehsignale angewendet werden, wozu für das Luminanzsignal und das Chrominanzsignal jeweils eine Einrichtung 91 bzw. 92 (Fig. 9) vorgesehen werden kann. Hierbei würde das Chrominanzsignal beide Farbdifferenzsignale im Zeitmultiplex beinhalten.

Claims (7)

1. Einrichtung zur zeitlichen Kompression und/oder Expansion von elektrischen Signalen, insbesondere von Videosignalen, bei der Abtastwerte der Signale interpoliert werden und bei der die digitalisierten Signale mit einem ersten Taktsignal in einen digitalen Speicher eingeschrieben und mit einem zweiten Taktsignal ausgelesen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Taktsignale aus einer kontinuierlichen Impulsfolge gebildet ist, während das andere Taktsignal eine abhängig von den gewählten Kompressions- oder Expansionsfaktors Unterbrechungen aufweisende Impulsfolge gleichen Taktrasters ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von Beginn eines vorgegebenen Zeitabschnittes der Signale an

• - die Taktimpulse des kontinuierlichen Taktsignals gezählt werden und
• - der Kompressionsfaktor mit jedem Taktimpuls in einem Akkumulator zu der Summe der bisher in dem Akkumulator aufsummierten Kompressionsfaktoren hinzuaddiert wird,
• - daß die Anzahl der Taktimpulse und der ganzzahlige Anteil der akkumulierten Kompressionsfaktoren verglichen werden und
• - daß bei Ungleichheit dieser Werte bei Kompressionsfaktoren größer als 1 die Zuführung der Taktimpulse zum Akkumulator und/oder bei Kompressionsfaktoren kleiner als 1 die Zählung der Taktimpulse unterbleibt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Eingang eines Addierers (32) mit dem Kompressions- bzw. Expansionsfaktor und der andere Eingang mit den Ausgangssignalen eines D-Registers (33) beaufschlagt sind, daß der Ausgang des Addierers (32) mit dem Dateneingang des D-Registers (33) verbunden ist, daß die den ganzzahligen Anteil (a) darstellenden Ausgangssignale des D-Registers (33) einem Eingang eines Komparators (28) zugeführt sind, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang eines Zählers (34) verbunden ist und daß Umschaltmittel (22, 23, 24, 25, 26, 27) vorgesehen sind, welche wahlweise einen der Takteingänge des D-Registers (33) und des Zählers (34) Taktimpulse (T_a) und dem anderen der Takteingänge Taktimpulse (T_k/T_e) welche in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Komparators (28) unterbrochen sind, zuführen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellen nach dem Komma der Ausgangsdaten des D-Registers (33) als Interpolationskoeffizienten (a_i) zur Bildung neuer Abtastwerte, welche zwischen zwei benachbarten Abtastwerten der Signale liegen, herangezogen werden.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Interpolator (10 bzw. 15) vorgesehen ist, daß der Interpolator eine Verzögerungsschaltung (50; 72; 82) enthält, daß der Eingang und der Ausgang der Verzögerungsschaltung mit den Eingängen eines Überblenders (51; 73; 83) verbunden sind, daß einem Steuereingang des Überblenders der Interpolationskoeffizient (a_i) zuführbar ist und daß dem Ausgang (55; 79; 89) des Überblenders der Interpolationswert entnehmbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpolator (10) zur Kompression von Signalen vorgesehen und vor einem Speicher (11, 12) angeordnet ist und daß zwischen dem Ausgang des Interpolators (10) und dem Speicher (11, 12) eine Torschaltung (77) vorgesehen ist, welche die Zuführung von Daten zum Speicher während mindestens eines Teils der Unterbrechungen unterdrückt.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Interpolator (15) zur Expansion vorgesehen und nach dem Speicher (11, 12) angeordnet ist.