DE3886929T2

DE3886929T2 - Verfahren und gerät für interaktives video.

Info

Publication number: DE3886929T2
Application number: DE3886929T
Authority: DE
Inventors: Robert Broughton; William Laumeister
Original assignee: INTERACTIVE SYSTEMS
Current assignee: INTERACTIVE SYSTEMS
Priority date: 1987-10-20
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2008-07-01
Also published as: CN1036490A; AU2084288A; CN1018603B; RU2048709C1; FI893007A0; DK303189D0; JPH02501881A; CA1323688C; ZA887836B; PT88800A; FI93916B; EP0346402A1; NO176230B; GR1000595B; NO892540L; HU209795B; US4807031A; KR890702369A; DK303189A; KR970002962B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines zusammengesetzten Videosignals gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art ist aus der US-A-3 848 082 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird das Programm-Material in demjenigen Displaybereich gelöscht, in dem die Daten kodiert werden. Das reguläre Videoprogramm ist somit nicht mehr auf dem Display vorhanden, wodurch die Qualität eines derart kodierten TV-Programms verringert wird.
US-A-4 051 532 offenbart eine visuell sich selbst löschende, polaritätsabwechselnde Impulspaar-Technik. Dort werden Hilfssignalkomponenten in sichtbare Teile eines zusammengesetzten Videosignals kodiert und selektiv entweder die Hilfssignalkomponenten oder die normale Videoinformation angezeigt, indem ein Schalter betätigt wird, der synchron mit dem darin enthaltenen horizontalen synchronisierenden Signal betätigt wird. Auf diese Weise wird die Qualität eines kodierten TV-Programms ebenfalls reduziert.
DE-A-31 28 829 offenbart eine Vorrichtung, bei der ein Fernsehsignal digitalisiert und als digitale Daten in einem Speicher abgespeichert wird. Das digitalisierte Signal wird analysiert, um jene anstehenden Digitalsignale zu identifizieren, die gewisse Schwarzweiß-Amplituden- und Zeitkriterien erfüllen. Anwenderinformationen bezüglich der Plazierung im Fernsehsignal aufeinanderfolgender digitaler Segmente werden am Beginn derartiger digitaler Segmente hinzugefügt. Die mit der Anwenderinformation angereicherten digitalen Daten werden zur Übertragung in analoge Daten zurückkonvertiert. Weder der Empfang eines derartigen kodierten Signals noch die Erfassung derartiger kodierter digitaler Segmente oder Anwenderinformationen noch die Mittel hierfür werden beschrieben. Auch wird keine Zusatzverwendung der digitalen Segmente oder der Anwenderinformationen beschrieben.
Es sind Videotextsysteme bekannt, mit denen eine Datenkommunikation zwischen einer entfernten Videosendezentrale und daheim verweilenden Fernsehbetrachtern über konventionelle Rundfunkkanäle durchgeführt werden kann. Bei einem dieser Videotextsysteme erfolgt eine Schrifteinblendung von Audio- Programm-Material für Schwerhörige, wobei der erläuternde Text während vertikaler Synchronisationsintervalle des Rasterabtastprozesses übertragen wird. Jedoch können nur Fernseher, die mit speziellen Dekodern ausgestattet sind, diese Schriftzeichen anzeigen. Außerdem erfordert das Anzeigen von Videotext in Synchronisation mit der Rasterabtastelektronik des Fernsehers die physische Verbindung des Dekoders mit dem Fernseher, d. h. eine Antennenschaltung. Häufig muß auch eine Teilnehmergebühr bezahlt werden.
Versuche zur Schaffung von Systemen, mit denen eine allgemeine, innerhalb eines Bandes liegende Datenkommunikation möglich ist, haben ebenfalls nur zu mäßigem Erfolg geführt Der Grund hierfür liegt darin, daß eine konventionelle, innerhalb eines Bandes liegende Signalübertragung auf das Videobild des Fernsehers durchschlägt. Beispielsweise sind Daten- und Pixelinformationen räumlich getrennt, wenn sie im gleichen Videofeld- oder -rahmen gemischt werden, so daß ein lichtempfindlicher Detektor das datenkodierte Unterfeld unaufdringlich überwachen kann. Typischerweise wird diese räumliche Trennung dadurch erreicht, daß eine oder mehrere Zellen definiert werden, von denen jede zuerst ausgelöscht und dann mit Bereichen hoher und niedriger Luminanz wieder programmiert werden, die die binärkodierten Daten repräsentieren.
Die effektive Betrachtungsfläche des Videoprogramm-Materials wird in Abhängigkeit von der Größe, der Zahl und der Kodierung derartiger Datenzellen mehr oder weniger gegensätzlich beeinflußt. Derartige Video-Datenkommunikationssysteme eignen sich nicht für konventionelle Rundfunkkanäle, bei denen teilnahmeberechtigte und nicht teilnahmeberechtigte Fernsehempfänger gleichermaßen die zusammengesetzte Pixel- und Dateninformation anzeigen. Visuelles Wirrwarr, das auf Bildschirmen von nicht berechtigten Personen oder auf Bildschirmen von berechtigten Personen erscheint, die nicht gleichzeitig ihren lichtsensitiven Detektor benutzen, führt zu Beschwerden der Anwender und zu Restriktionen durch die Aufsichtsbehörden.
Es ist wünschenswert, ein interaktives Videosystem für einfache Datenkommunikation zu schaffen, das tolerant bezüglich Fehlern der Rasterzeitbasis ist und keine elektrische Verbindung zum Fernsehapparat erfordert. Ein derartiges System sollte mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit kommunizieren können, um eine interaktive elektromechanische Vorrichtung, beispielsweise ein Aktions-Spielzeug, in Echtzeitreaktion auf die Schriftzeile des Videoprogramms steuern zu können. Das System sollte vorzugsweise mit dem üblichen Fernsehnetz, Empfangs- und Aufzeichnungsvorrichtungen und Kanälen kompatibel sein. Die Empfangsvorrichtung sollte nur wenig oder keine Installationszeit beanspruchen bzw. -schwierigkeiten bereiten und sollte auch während des Betriebs unauffällig sein. Möglicherweise am wichtigsten ist außerdem, daß das System diejenigen Betrachter, die die interaktive Ausstattung nicht verwenden, nicht ungebührlich belastet oder ablenkt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Videosystem zu schaffen, mit dem ein entfernter Videosender drahtlos mit einer käuflich erwerbbaren Lehr- oder Unterhaltungseinrichtung in Interaktion treten kann. Weitere wichtige Ziele der Erfindung sind:
1. Ein interaktives Videosystem zu schaffen, das mit konventionellen Fernseheinrichtungen und -kanälen sowie mit konventionellen Fernsehempfangs-, Aufzeichnungs- und Abspielsystemen einschließlich Heimaufzeichnungs- und Wiedergabesystemen mit eingeschränkter Bandbreite kompatibel ist;
2. Ein vorstehend beschriebenes System zu schaffen, das eine störende Video- und Audioüberlagerung mit dem Programm-Material minimiert;
3. Ein Verfahren zum unauffälligen Kodieren von binären Daten innerhalb der Betrachtungsfläche eines Videoprogrammbildes zu schaffen, das für den Fernsehzuschauer im wesentlichen unsichtbar ist;
4. Ein interaktives Videosystem zu schaffen, das einfach und unauffällig installiert und betrieben werden kann;
5. Eine interaktive Video-Lehr- und -unterhaltungsvorrichtung zu schaffen, mit der der Anwender in Echtzeit mit einem Fernsehprogramm in Interaktion treten kann;
6. Ein Verfahren zum nicht wahrnehmbaren, digitalen Kodieren von Daten mit einer voraufgezeichneten Videosendung zu schaffen
7. Ein Verfahren zur Vereinfachung des Dekoders zu schaffen, in dem falsche Daten, die vom Videoeingang zur Kodiervorrichtung geschickt werden, vor dem Kodieren der Daten im wesentlichen unsichtbar entfernt werden;
8. Eine interaktive Videovorrichtung zu schaffen, die keine elektrische Verbindung mit dem Fernseher erfordert und mit einem oder mehreren käuflich erwerbbaren Lehr- oder Unterhaltungseinrichtungen kommuniziert; und
9. Ein interaktives Videosystem zu schaffen, das einfach, zuverlässig und kostengünstig zu betreiben ist.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Fernsteuerung von interaktiven Einrichtungen, die in der Nähe eines konventionellen Fernsehempfängers angeordnet sind, durch Übertragung zusammengesetzter Videoinformationen möglich. Das Verfahren besteht aus den folgenden Schritten: Erzeugen eines zusammengesetzten Videosignals mit Programm-Material und Kontrolldaten durch unterschwellige Luminanz- und/oder Chrominanzmodulation; Übertragen des Signals zu einem Fernseher; Empfangen des Signals mittels des Fernsehers; Erfassen der Modulation am Fernseher, um die Steuerdaten zu reproduzieren; und örtliches Übertragen der Steuerdaten, wodurch die Unterhaltungs- oder Lehreinrichtung innerhalb des Übertragungsbereichs auf das Programm-Material in einer vorbestimmten Weise reagieren kann. Die Fernsteuervorrichtung enthält: Mittel zum Erzeugen eines Signals, das Steuerdaten enthält; Mittel zum Erzeugen eines Signals, das ein Videoprogramm enthält; Mittel zum zeitlich abgestimmten Modulieren des Videoprogrammsignals durch das Steuerdatensignal, wodurch ein Zwischenträger für die Steuerdaten erzeugt wird, der als Modulation in wenigstens einer vorbestimmten Betrachtungsfläche des Fernsehers erfaßbar ist; am Fernseher vorgesehene Mittel zum Erfassen der Modulation in der Betrachtungsfläche, um eine Steuerdatensequenz zu erzeugen; und Mittel zum Steuern der Abläufe wenigstens einer Unterhaltungs-, Lehr- oder anderen Einrichtung in einer vorbestimmten Reaktion auf die Steuerdatensequenz.
Beim erfindungsgemäßen Datenkodierverfahren wird ein Videosignal bei Frequenzen moduliert, die auf ein Vielfaches und Untermengen dieses Vielfachen des horizontalen Zeilenmaßes bezogen sind, um einen subtilen Videohilfsträger zu erzeugen. Die Modulation bleibt, obwohl sie sich innerhalb der Betrachtungsfläche des Bildschirms befindet, aufgrund ihrer relativ geringen Intensität, ihrer Zeitbeziehung zum horizontalen Zeilenmaß und den inhärenten Integrations- und Auflösungscharakteristiken des menschlichen Auges für den Betrachter im wesentlichen unsichtbar. Um eine unverfälschte Datenkommunikation sicherzustellen und die Kosten für die Anwender der Dekodiervorrichtung zu begrenzen, wird das Signalrauschverhältnis der Kommunikation in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch angehoben, daß beim Kodieren der Daten Hilfsträgerkomponenten entfernt werden, die als Daten interpretierbar sind, wenn eine binäre 0 kodiert werden muß, und daß ein Hilfsträger hinzugefügt wird, wenn eine binäre 1 kodiert werden muß (oder umgekehrt). Üblicherweise können ein oder mehrere Hilfsträgerdaten moduliert werden, um Informationen seriell oder parallel zu übertragen. Diese Modulation kann auf vielerlei Weise erfolgen, beispielsweise durch Pulslängenmodulation (PLM), Phasenmodulation (PM), Amplitudenmodulation (AM), Frequenzmodulation (FM), Zeit- oder Impulsintervallmodulation (PIM), Frequenzumtastung (FSK), Nullrückkehr (RZ), Nicht-Null-Rückkehr (NRZ), oder durch andere einer Vielzahl von räumlich-zeitlichen Modulations- und Kodiertechniken.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die interaktive Videovorrichtung in der Form eines optischen Übertragers oder einer lichtempfindlichen Diode ausgebildet, der bzw. die auf den Bildschirm gerichtet und über ein verdrilltes Kabelpaar mit einer kompakten, batteriebetriebenen und in der Nähe angeordneten Empfangs-/Übertragungseinrichtung verbunden ist. Die Empfängerelektronik rekonstruiert die Steuerdaten, indem sie den Videohilfsträger im modulierten Videobild erfaßt und ein bit-serielles Signal erzeugt, das die Steuerdaten repräsentiert. Die Übertragungselektronik führt eine Amplitudenmodulation eines Infrarotträgers (IR) mittels der rekonstruierten Steuerdaten durch und treibt eine aus einer infrarotlichtemittierenden Diode bestehende Anordnung. Eine oder mehrere interaktive Spielzeuge, die separat erworben werden können, erfassen den Träger, dekodieren das Befehlsfeld innerhalb der Steuerdaten und initiieren in Reaktion hierauf eine oder mehrere Tätigkeiten.
In einer modifizierten Ausführungsform ist eine Antenne zum Empfang von Radiofrequenzen (RF) enthaltender elektromagnetischer Strahlung und zu deren Kopplung mit einer konventionellen Empfängerelektronik vorgesehen. Diese Antenne ersetzt den optischen Übertrager und das verdrillte Kabelpaar der vorstehend beschriebenen Ausführungsform. Von der Rasterabtastelektronik des Fernsehers wird ein unhörbarer, aber erfaßbarer, niedriger RF-Artefact des datenmodulierten Videohilfsträgers erzeugt, der das zusammengesetzte Videosignal anzeigt. Obwohl aufgrund des relativ niedrigen Energieniveaus der RF-Ausstrahlung ein etwas begrenzter Wirkungsbereich vorliegt, so daß die Antenne auf der Vorderseite des Bildschirms im Abstand von wenigen Fuß angeordnet werden muß, bringt diese alternative Ausführungsform auch einige Vorteile. Die Antenne kann näher am Bildschirm angeordnet werden, da sie kein Betrachtungsfeld benötigt; weiterhin ist eine Antenne weniger störungsempfindlich für falsche, sichtbare Lichtquellen, beispielsweise für das 60 Hz Netzgeräusch, das von einem widerstandsgeregelten Lichtdimmer/-schalter erzeugt wird.
Auf diese Weise werden die verschiedenen Ziele der Erfindung erreicht. Die unbewußte Luminanzmodulation innerhalb einer Betrachtungsfläche des Fernsehers ermöglicht es, daß die darin kodierten Daten erfaßt werden, während die Modulation für den Fernsehbetrachter unsichtbar bleibt. Der optische Übertrager, der unauffällig aus verschiedenen Abständen und Winkeln auf den Bildschirm gerichtet sein kann, erstreckt sich in einer halbstarren Ausführung von der Empfänger-/Übertragungseinrichtung, die diskret auf der Seite des Fernsehempfängers befestigt sein kann. Hierdurch können die üblicherweise erforderlichen Verbindungen vermieden werden. Der Detektor oder Decoder wird vereinfacht. Die Zuverlässigkeit der Datenkommunikation wird durch die Entfernung von Videobestandteilen durch die Datenkodiereinrichtung vor der Aussendung erhöht, die anderweitig als Daten interpretiert werden könnten. Die Infrarotübertragung zwischen der Empfänger-/Übertragungseinrichtung und den interaktiven Einrichtungen, die im Raum angeordnet sind, ist drahtlos und unhörbar und vermeidet eine Belastung für Anwender oder Nichtanwender der interaktiven Videovorrichtung. Das Kodieren von selektiven, aufeinanderfolgenden Feldern des Videobildes mit einem seriellen Bit-Strom von binären Daten erreicht eine Datengeschwindigkeit, die für eine Echtzeitsteuerung einer Mehrzahl interaktiver Einrichtungen innerhalb oder außerhalb des Kontextes eines Videoprogramm-Materials ausreichend ist. Eine Paritätsfehler-Erfassungslogik innerhalb der interaktiven Einrichtungen, die durch jene gesteuert werden, stellt die Richtigkeit der Daten sicher, so daß die interaktiven Einrichtungen zuverlässig in der vorherbestimmten Art und Weise reagieren. Für die Elektronik der Vorrichtung werden konventionelle Logik- Schalttechniken und Herstellungsverfahren, wie Höchst-Integrations-Verfahren (VLSI) verwendet, wodurch die Zuverlässigkeit des Systems gesteigert und die Kosten verringert werden.
Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. In dieser zeigen
Fig. 1 die Verwendung eines interaktiven Spielzeugsystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Luminanz-Modulationsverfahrens,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Video-Empfänger-/IR-Übertragungselektronik der interaktiven Vorrichtung in Blockdiagrammform,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Empfangselektronik eines interaktiven Spielzeugs in Blockdiagrammform und
Fig. 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Video-Kodierelektronik in Blockdiagrammform.
In Fig. 1 ist die Anwendung der erfindungsgemäßen interaktiven Videovorrichtung bildhaft dargestellt. Von einer entfernt angeordneten Fernsehsenderantenne 10 wird eine mit einer doppelstrichpunktierten Linie 12 dargestellte zusammengesetzte Videoinformation oder ein zusammengesetztes Videosignal, das Videoprogramm-Material und Steuerdaten enthält, auf einen Fernseher 14 übertragen. Eine Antenne 14a des Fernsehers 14 empfängt die Funksendung und stellt sie auf einem Bildschirm 14b dar. Für die Zwecke der nachstehenden Erläuterung kann angenommen werden, daß der Bildschirm 14b eine Programmbetrachtungsfläche 14c aufweist, die mit dem Bildschirm 14b zusammenfällt. Dieser enthält eine repräsentative Fläche 14d, die in Fig. 2 schematisch verwendet wird, um das neuartige Datenkodierverfahren gemäß der Erfindung darzustellen. Beispielhaft und zur Verdeutlichung einer möglichen Anwendung der interaktiven Videovorrichtung bei Unterhaltungsgeräten wird das Videobild eines hinter einer Kreuzung beschleunigenden Autos als auffälliges Merkmal des dargestellten Fernsehprogramms gezeigt.
Ein optischer Übertrager 16 mit einer lichtempfindlichen Diode 18 an einem Ende eines halbstarren verdrillten Kabelpaares 18a ist aus einer Entfernung von vorzugsweise mehr als 15 cm (6 inches) und einem Winkel von vorzugsweise mehr als 30º auf die Betrachtungsfläche 14c gerichtet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Kabel 18a versteift, indem es integral mit einem steifen Draht gegossen wird, wobei ein geeignetes, elastomeres Gemisch verwendet wird. Auf diese Weise behält der Übertrager 16, nachdem er auf die Betrachtungsfläche 14c gerichtet worden ist, seine Position bei, bis er vom Anwender neu positioniert wird. Das andere Ende des Übertragers 16 ist mit einer Empfänger-/Übertragereinrichtung 20 verbunden, die benachbart zum Fernseher 14 angeordnet werden kann, beispielsweise auf der oberen Seite oder an den Seitenflächen, und die beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Klettbandes befestigt werden kann. Der Übertrager 16 koppelt die Luminanzmodulation innerhalb seines Sehfeldes mit nicht dargestellten Erfassungsmitteln innerhalb der Empfänger/Übertragereinrichtung 20. Die Einrichtung 20 weist eine Empfänger-/Übertragerelektronik auf, die auf einer Leiterplatte 22 und einer Frontplatte 24 befestigt ist. An der Leiterplatte 22 sind IREDs 26, 28, 30 befestigt, die sich entlang der Frontplatte 24 erstrecken und derart angeordnet sind, daß sie Infrarotenergie in die mit Strich-Punkt-Linien 32a, 32b, 32c dargestellte Richtung aussenden können. In Abhängigkeit von der Stromkapazität der Treiberelektronik und dem gewünschten Übertragungsbereich kann die Anzahl der verwendeten IREDs jedoch in beliebiger Weise variieren.
Eine sich innerhalb des Bereiches der IREDs 26, 28, 30 befindende interaktive Einrichtung, wie beispielsweise ein Auto 34, enthält lichtreaktive Mittel oder eine lichtempfindliche Diode 36, die auf einer innerhalb des Autos 34 angeordneten Leiterplatte 38 befestigt ist. In einer nachstehend näher erläuterten Weise können binäre Daten in der Betrachtungsfläche 14c kodiert werden. Diese Daten können, obwohl sie für den Fernsehbetrachter unsichtbar sind, von der Empfänger-/Übertragereinrichtung 20 erfaßt werden, indem die Luminanzmodulation innerhalb der Betrachtungsfläche 14c mittels des Übertragers 16 angekoppelt wird. Die Empfänger-/Übertragerelektronik innerhalb der Einrichtung 20 rekonstruiert die Steuerdaten von der Luminanzmodulation und überträgt sie zum Auto 34. Das Auto 34 leitet in Reaktion auf einen in den Steuerdaten enthaltenen Befehl eine vorbestimmte Aktion ein. Im gewählten Beispiel ahmt das Auto 34 die Aktion des Autos im Fernsehprogramm nach, indem es den Motor startet und beschleunigt.
Die interaktive Einrichtung kann irgendeine Lehr- oder Unterhaltungseinrichtung bzw. eine ähnliche Einrichtung sein, die in einer vorbestimmten Weise auf Steuerdaten reagiert, die als Infrarotenergie innerhalb eines definierten Frequenzbereiches übertragen wird. Die möglichen Verwendungszwecke für die beschriebene interaktive Videovorrichtung sind annähernd grenzenlos. Die Quelle für das zusammengesetzte Videosignal, das das Videoprogramm-Material und die Steuerdaten enthält, muß keine Funksendeantenne 10 sein, wie in Fig. 1 dargestellt. Es kann sich vielmehr auch um ein Videocassetten-Abspielgerät handeln, das in üblicher Weise mit dem Fernseher 14 verbunden ist und entweder ein vorher aufgenommenes Videocassettenband abspielt oder eine Funksendung empfängt, um diese auf einem Fernseher 14 oder auf einem anderen Videomonitor darzustellen.
In einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist der Übertrager 16 in der Form irgendeiner üblichen HF-Antenne ausgeführt, mit der vom Bildschirm 14b ausgesandte niedrige HF-Elektromagnetstrahlung mit der Empfänger/Übertragereinrichtung 20 gekoppelt werden kann. Aus Gründen der Kürze und Klarheit kann Fig. 1 dahingehend verstanden werden, daß sie diese alternative Ausführungsform zeigt, wobei der einzige Unterschied lediglich darin besteht, daß die lichtempfindliche Diode 18 und das verdrillte Kabelpaar 18a durch einen starren, ähnlich angeordneten und ähnlich ausgerichteten Leiter ersetzt werden, der in bekannter Weise so dimensioniert und geformt ist, daß er eine entsprechende HF-Empfindlichkeit aufweist. Im Gegensatz zur lichtempfindlichen Diode 18 der bevorzugten Ausführungsform, die mit einem wesentlichen Abstand zum Bildschirm 14b angeordnet ist, der vorzugsweise mehr als 15 cm (6 inches) beträgt, ist der wirksame Bereich der Antenne der modifizierten Ausführungsform sowohl kleiner als auch enger, d. h. die Antenne ist vorzugsweise im Abstand von wenigen Zentimetern (feet) zum Bildschirm angeordnet, ohne jedoch mit diesem in Kontakt zu treten.
In Fig. 2 ist das neuartige Verfahren zum Kodieren von Daten innerhalb der Betrachtungsfläche 14c von Fig. 1 schematisch dargestellt. Das Detail A zeigt die repräsentative Fläche 14d ohne Helligkeitsmodulation; das Detail B zeigt in einer im wesentlichen übertriebenen Form die repräsentative Fläche 14d mit Luminanzmodulation. Aus Gründen der Klarheit und aus graphischen Gründen sind die Details A und B mit einer stark übertriebenen vertikalen räumlichen Trennung zwischen den horizontalen Abtastzeilen und mit einer stark übertriebenen Luminanzmodulation dargestellt. Nichtsdestoweniger können die Darstellungen als instruktiv für das neuartige Verfahren der Luminanzmodulation angesehen werden.
Im Detail A werden horizontale Abtastzeilen mit relativ niedriger Luminanz durch Zeilen 40 dargestellt. Horizontale Abtastzeilensegmente mit relativ hoher Luminanz sind durch relativ breite Zeilen 42 dargestellt. Auf diese Weise bilden Bestandteile mit hoher Luminanz, wie diejenigen, die innerhalb der Fläche 14d von Fig. 1 gezeigt sind, einen Kontrast mit den Hintergrundflächen mit Nominal-Luminanz des sich bewegenden Bildes, das in den Fig. 1 und 2 umrahmt dargestellt ist. Die für die Darstellung gewählten Zeilenbreiten sind jedoch lediglich repräsentativ und stellen nicht die tatsächlichen Abtastzeilenbreiten oder -zwischenräume dar, wie sie maßstäblich innerhalb der Betrachtungsfläche 14c sichtbar sind. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 sei angemerkt, daß die horizontalen Zeilen der Details A und B eher "non-interlaced" sind und Zeilen in einem einzigen Feld repräsentieren, als daß es sich um einen zeilen-interlaced Rahmen handelt. Beim Modulieren abwechselnder Zeilen innerhalb aufeinanderfolgender Felder werden die Daten zur Übertragung mit der Feldrate des Fernsehers, beispielsweise 60 Hz im Falle einer Fernsehübertragung im Rahmen des "National Television System Committee" (NTSC), kodiert.
Das Detail B zeigt innerhalb der Fläche 14d die Auswirkung der Luminanzmodulation der Betrachtungsfläche 14c, wie dies im Detail A dargestellt ist. Durch abwechselndes Anheben und Absenken der Luminanz von benachbarten horizontalen Abtastzeilen innerhalb der Betrachtungsfläche 14c wird ein Videohilfsträger erzeugt, der von einem optoelektronischen Mittel erfaßbar ist, während das räumliche Verhältnis zwischen den Bildelementen innerhalb der Betrachtungsfläche 14c, die Luminanz über die Betrachtungsfläche 14c und der Kontrast zwischen Bestandteilen mit relativ hoher und relativ niedriger Luminanz innerhalb der Betrachtungsfläche 14c beibehalten werden. Auf diese Weise enthält nun der Hintergrund horizontale Abtastzeilen 44 bzw. 46 mit abwechselnd angehobener bzw. abgesenkter Luminanz. Zeilen mit angehobener Luminanz, die durch die Zeile 46 repräsentiert werden, befinden sich auf einem Luminanzniveau, das geringfügig höher ist als das der Zeile 40 von Detail A. Die komplementär abwechselnden Zeilen, die durch die Linie 46 repräsentiert werden, befinden sich auf einem etwas niedrigeren Luminanzniveau im Vergleich zu den entsprechenden Zeilen 40 von Detail A. Den Zeilen 42 mit relativ hoher Luminanz von Detail A entsprechen Zeilen 48 mit angehobener Luminanz und Zeilen 50 mit abgesenkter Luminanz.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, stellt die Luminanzmodulation, die gemäß nachstehender Beschreibung den Detektor befähigt, die binären Daten zu erfassen und zu dekodieren, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kodiert worden sind, einen unbedeutenden Prozentsatz des normalen Luminanzniveaus der im Detail A gezeigten horizontalen Zeilen dar. Obwohl diese Modulation im Detail B aus Deutlichkeitsgründen übertrieben dargestellt ist (und nicht durch die Zeilenintensität, sondern durch die Modulation der Zeilenbreite repräsentiert wird), geht aus den Details A und B dennoch hervor, daß der Gesamtdurchschnitt der Luminanz und des Kontrastes zwischen den Videobestandteilen und dem Hintergrund innerhalb der Betrachtungsfläche 14c beibehalten wird.
Unter Beachtung der Bereiche 52, 54 geht aus Fig. 2 hervor, daß bei Vorhandensein einer Luminanzmodulation, in der eine binäre 0 oder 1 kodiert wird, das räumliche Verhältnis zwischen Bildelementen innerhalb eines willkürlich kleinen Bereiches der Betrachtungsfläche 14c beibehalten wird. Beispielsweise ist sogar dann, wenn die Bereiche 52, 54 soweit reduziert werden, daß sie nur zwei benachbarte horizontale Abtastzeilen der Betrachtungsfläche 14c umfassen, die Gesamtluminanz innerhalb des Bereiches 54 gleich derjenigen des entsprechenden Bereiches 52. Dies wird mittels des neuartigen, zeilenabwechselnden proportionalen Modulationsschemas der vorliegenden Erfindung erreicht, worin der Prozentsatz, um den die Luminanz einer Zeile angehoben wird, gleich dem Prozentsatz ist, um den die Luminanz der benachbarten Zeile abgesenkt wird. Das gleiche Verfahren kann auch auf das Chrominanzsignal angewendet werden, um einen detektierbaren, aber nicht wahrnehmbaren datenmodulierten Chrominanzhilfsträger zu erzeugen.
Von Bedeutung ist, daß horizontale Abtastzeilen innerhalb eines Feldes eines wirklichen Videobildes, die lediglich schematisch in Fig. 2 dargestellt sind, mit engem Abstand angeordnet sind, so daß eine Grobkörnigkeit, die aus der alternierenden Zeilenluminanzmodulation resultiert, für den Betrachter des Fernsehers 14 im wesentlichen unsichtbar ist. In der praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt der Spitze-zu-Spitze-Prozentsatz der Modulation, die für den Betrachter nahezu unsichtbar, aber dennoch von einem optoelektronischen Mittel erfaßbar ist, ungefähr 10% oder weniger als die Hälfte der sichtbaren Modulation, die schematische dargestellt ist,
Das oben beschriebene zeilenabwechselnde proportionale Modulationsschema ist nur eines von vielen unterschwelligen Datenkodierverfahren gemäß der Erfindung. Benachbarte Paare, Triplets etc. von horizontalen Zeilen können alternierend in proportionaler Weise luminanzmoduliert werden, wobei die Gesamtluminanz und der Kontrast zwischen den Videobestandteilen und dem Hintergrund innerhalb der Betrachtungsfläche 14c beibehalten werden. Wie noch unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 5 beschrieben wird, sind lediglich entsprechende Änderungen in der Periodendauer und Frequenz verschiedener Filter und Verzögerungsleitungen erforderlich, um eine derartige Modifikation des Modulationsschemas zu erhalten. Die unterschwellige Modulation innerhalb der Betrachtungsfläche 14c des Fernsehers 14 kann in der Weise erfolgen, daß die multiplen Hilfsträger gleichzeitig darin enthalten sind. Hierbei werden mehr als ein binäres Datenbit auf den Übertrager 16 innerhalb eines einzigen Videofeldes übertragen und von diesem erfaßt, um eine Datenrate zu erreichen, die größer ist als die Feldrate des Fernsehers. Höhere Datenraten können auch dadurch erreicht werden, daß die Betrachtungsfläche 14c in eine Vielzahl von Bereichen aufgeteilt wird, von denen jeder auf eine unterschwellige Weise moduliert wird, um ein oder mehrere binäre Datenbits zu kodieren. Mehrfachübertrager, wie beispielsweise der Übertrager 16 können auf die getrennten Bereiche gerichtet sein, und ein Dekodierschaltkreis kann in Reaktion auf die Übertrager die binären Daten, die dem Fernseher 14 parallel präsentiert werden, erfassen und dekodieren.
Aus Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der Empfänger/Übertragerelektronik zum Erfassen, Dekodieren und Übertragen von binärkodierten Daten vom Fernseher 14 zum interaktiven Spielzeug 34 ersichtlich. Die Erfassungsmittel umfassen den Übertrager 16, der auf den Bildschirm 14b gerichtet ist; lichtempfindliche Mittel, beispielsweise eine Diode 18, die die Luminanz innerhalb ihres, Sichtfeldes über ein Kabel 18a mit einer Detektor- oder Empfängerelektronik koppelt; und eine Empfängerelektronik 56, die eine Steuerdatensequenz zur Steuerung eines interaktiven Gerätes erzeugt. Die Empfängerelektronik 56 analysiert das elektrische Signal auf seine Energie hin innerhalb eines Bereiches um eine Frequenz von 7,867 kHz herum, welche die Hälfte der NTSC nominalen (Farb-) Horizontalzeilenfrequenz innerhalb eines Feldes ist. Es handelt sich daher um diejenige Frequenz, bei der die Luminanz in der Betrachtungsfläche 14c des Bildschirms moduliert wird. Bei Vorhandensein der Luminanzmodulation innerhalb dieses Frequenzbereiches stellt der Output der Empfängerelektronik 56 eine binäre 1 oder 0 dar, wodurch das Vorhandensein und die Richtung von Steuerdaten angezeigt wird die für die Zusatzverwendung beispielsweise mittels eines interaktiven Gerätes vorgesehen sind.
Die Empfängerelektronik 56 enthält einen Verstärker 58, dessen Verstärkung durch einen Rückkoppelungswiderstand Rf bestimmt wird, dessen Wert durch bekannte Methoden bestimmt werden kann; zweifache serienbandpaßfilter/Verstärker 60, 62, die beide daraufabgestimmt sind, Energie im Bereich um 7,867 kHz herum durchzulassen und etwas zu verstärken, wobei jeder eine Selektivität Q von etwa 10 hat; einen Vollwellengleichrichter 64, dessen Output von einem Kondensator 10 geglättet wird; und einen Niveauvergleicher 66, der den geglätteten Output des Gleichrichters 64 mit einer vorherbestimmten Referenzspannung vergleicht, um zu bestimmen, ob es sich bei der 7,867 kHz Energie tatsächlich um kodierte Daten oder um Videonebengeräusche handelt. Die Filter/Verstärker 60, 62 können auch zu einem einstufigen Verstärker kombiniert werden, der die gleiche Verstärkung und Selektivität aufweist.
Der Niveauvergleicher 66 weist zwar eine hohe Verstärkung, jedoch einen begrenzten Dynamikbereich auf. Der Verstärker vergleicht den geglätteten Output des Gleichrichters 64 vorzugsweise für eine Zeitperiode, die größer ist als die Periode von einigen horizontalen Zeilen. Dies gewährt Sicherheit gegen einen falschen Hinweis auf das Vorhandensein von kodierten Daten innerhalb eines Feldes, das zufälligerweise benachbarte horizontale Zeilen mit unterschiedlicher Luminanz aufweist, d. h. eine horizontale Grenze zwischen Bestandteilen eines Videobildes mit hoher und niedriger Luminanz. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist die Zeitperiode, während der der Vergleicher 66 aktiv ist, ungefähr gleich zu derjenigen Zeit, die die Rasterabtastelektronik des Fernsehers 14 benötigt, um fünfzehn horizontale Zeilen zu durchfahren. Der Output des Vergleichers 66 ist bistabil und umfaßt einen ersten, aktiven Zustand während eines Zeitintervall, das vorzugsweise größer als eine Millisekunde ist (entsprechend der Präsenz der Luminanzmodulation), sowie einen zweiten inaktiven Zustand während der anderen Zeiten. Die Erfassungsmittel erzeugen daher eine Steuerdatensequenz, indem die Luminanzmodulation innerhalb der Betrachtungsfläche 14c des Fernsehers 14 kontinuierlich überwacht wird.
Die Bandpaßfilter/Verstärker 60, 62 können auf Frequenzen zentriert sein, die von 7,867 kHz verschieden sind, um der Luminanzmodulationsfrequenz zu entsprechen, bei der die Daten kodiert sind. Weiterhin können auch Mehrfacherfassungsmittel vorgesehen sein, von denen jedes in der Lage ist, die Luminanzmodulation innerhalb unterschiedlicher Frequenzbereiche zu erfassen, die multiple binäre Datenbits repräsentieren.
Weiterhin ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß die Mittel zum drahtlosen Übertragen der Steuerdaten zu einem interaktiven Gerät einen IR-Modulator 68 umfassen, der einen 32 kHz Träger mittels des bistabilen Outputs des Vergleichers 66 moduliert und ein IRED-Gitter treibt, das gemäß der bevorzugten Ausführungsform aus drei IREDs 26, 28, 30 besteht. Die IREDs 26, 28, 30 sind auf der gedruckten Leiterplatte 22 befestigt, werden von der Frontplatte 24 gehalten (siehe Fig. 1) und emittieren IR-Energie in diejenige Richtung, die durch die Strich-Punkt-Linien 32a, 32b, 32c, dargestellt ist. Der Träger kann aus irgendeiner Frequenz bestehen, besteht jedoch vorzugsweise aus einer Frequenz oberhalb des hörbaren Bereichs, um eine unerwünschte, akkustische Kopplung zu vermeiden. Weiterhin unterscheidet er sich vorzugsweise von den Trägerfrequenzen anderer Einrichtungen, beispielsweise der Fernbedienungseinrichtung, mit der der Fernseher drahtlos betätigt werden kann.
Die in Fig. 3 gezeigte Empfänger-/Übertragerelektronik erfordert keine Synchronisation mit der Rasterabtastzeit des Fernsehers 14. Sie erfordert weiterhin auch keine elektrische Verbindung zum Fernseher 14 oder zur Antenne 14a. Vorzugsweise ist die Empfänger-/Übertragerelektronik der Einrichtung 20 batteriegetrieben, so daß kein Wechselstromanschluß erforderlich ist. Das bloße Vorhandensein der unterschwelligen Luminanzmodulation einer geeigneten Frequenz irgendwo innerhalb der Betrachtungsfläche 14c, die vom Übertrager 16 mit der Empfängerelektronik 56 gekoppelt wird, ermöglicht es, daß die Elektronik innerhalb der Einrichtung 20 Steuerdaten von willkürlichen Videobildern unterscheiden kann. Die Erfindung ermöglicht auf diese Weise eine unterschwellige, innerhalb eines Bandes liegende Datenkommunikation mit einer Datenrate, die größer, gleich oder kleiner ist als die Feldrate eines üblichen Fernsehers, ohne daß innere oder äußere Kopplungen erforderlich wären.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung wird statt einer lichtempfindlichen Diode eine Antenne zur Kopplung des datenmodulierten Videohilfsträgers mit dem Empfänger/Übertrager 20 verwendet. In diesem Fall muß die Empfängerelektronik 56 nur insoweit geändert werden, als der Input zum Trennverstärker 58 aus dem von der Antenne empfangenen Signal und nicht aus dem von der lichtempfindlichen Diode 18 erzeugten Signal besteht. Weiterhin können auch kleinere Anpassungen der Verstärkung und Selektivität der Filter/Verstärker 60, 62 und/oder der Referenzspannung des Niveauvergleichers 66 in der erwünschten und bekannten Weise durchgeführt werden.
Aus Fig. 4 ist die Empfangselektronik innerhalb eines interaktiven Spielzeugs, beispielsweise eines Autos 34, ersichtlich. IR-Energie, die durch die Strich-Punkt-Linie 32a dargestellt ist, fällt auf selektiv IR-Licht-reaktive Mittel ein, die eine lichtempfindliche Diode 36 enthalten. Die IR-Energie erzeugt hierdurch ein Signal, das zu einem Trägererfassungsmittel oder einem konventionellen IR-Vorverstärkerkreis geleitet wird, wie er üblicherweise in drahtlosen, ferngesteuerten Fernsehern verwendet wird. Der IR- Vorverstärker 70 enthält einen Trennverstärker 72, einen Verstärker 74, der auf die Trägerfrequenz des IR-Modulators 68 abgestimmt ist, einen Vollwellengleichrichter 76 und einen Niveauvergleicher 78. Der Vorverstärker 70 transformiert die amplitudenmodulierte IR-Energie 32a, die 32 kHz aufweist und auf die lichtempfindliche Diode 36 einfällt, in ein demoduliertes digitales Signal. Dieses digitale Signal repräsentiert die bit-seriellen Daten, die als Luminanzmodulation am Fernseher 14 erfaßt wurden, in einem RZ binär-kodierten Format. Dies bedeutet in anderen Worten, daß die die Daten darstellenden binären 1en und 0en zeitlich durch Null- oder inaktive Perioden getrennt werden, während denen das Niveau des digitalen Outputs des Vergleichers 78 bei einer high-true Übereinkunft eine logische 0 ist.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform werden die Steuerdaten, die durch Luminanzmodulation für die Übertragung zum Fernseher 14 kodiert sind, in einem asynchronen oder Start/Stop-Protokoll formatiert. Dieses bekannte Format ist mit üblichen universellen asynchronen Empfänger/Übertragerchips (UART) und Einrichtungen zur Kommunikationsleitungsüberwachung und Datenprotokollierung kompatibel. In diesem bekannten Format können die Daten durch einen Fünf- bis Acht-Bit-Code dargestellt werden, dem ein Start-Bit vorausgeht, der optional von einem Parity-Bit gefolgt wird und dem ein Stop-Bit folgt. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Datenfeld fünf Bit lang, wobei ein Parity-Bit verwendet wird, um die Richtigkeit der Daten sicherzustellen. Es kann jedoch irgendeine vorbestimmte Anzahl und Anordnung von Bits innerhalb der Steuerdaten verwendet werden.
Innerhalb des die Befehls-/Adressinformation darstellenden Feldes zur Aktivierung der interaktiven Einrichtung kann die Befehls-/Adressinformation auf verschiedenste Weise kodiert werden. In der bevorzugten Ausführungsform sind die ersten drei der fünf Datenbits immer eine binäre 1, während die restlichen zwei Bits zur Übertragung einer vorbestimmten Befehlsinformation zu einer interaktiven Einrichtung reserviert sind, wie nachfolgend beschrieben wird.
Der digitale Output des Vergleichers 78, der eine RZ binärkodierte Steuerdatensequenz darstellt, wird von einer Einklinkungs-/Dekodierlogik 80 eingeklinkt, validiert und dekodiert. Die Logik 80 ist mit der Datenrate, beispielsweise 60 Hz, getaktet. Wenn aufeinanderfolgende Bits mit einem Start-Bit, einem Parity-Bit und einem Stop-Bit mit vorbestimmten Logik-Niveaus in einen Controller oder die Entklinkungs-/Dekodierlogik 80 getaktet werden, wird das Steuerdatenfeld als Befehls-/Adressinformationen enthaltend validiert. Wenn sie dahingehend validiert worden sind, daß sie ordnungsgemäß von einem Start- und Stop-Bit umrahmt sind und die richtige Parität aufweisen, können die fünf Bits der Befehls-/Adressinformation weiter zum Bus 82 gelangen, der zu verschiedenen Steuerpunkten innerhalb einer interaktiven Einrichtung, beispielsweise einem Auto 34, führt.
Die Einklinkungs-/Dekodierlogik 80 kann in irgendeinem der bekannten digitalen logischen Schaltkreise implementiert sein. Beispielsweise kann ein Schieberegister zur Ansammlung aufeinanderfolgender Steuerdaten-Bits verwendet werden. Weiterhin kann irgendeines der verschiedenen Takterfassungsschematas verwendet werden, um ein Signal zu bestimmen, dessen Ecke aufeinanderfolgende Steuerdaten-Bits in das Schieberegister taktet. Ferner kann beispielsweise durch Invertieren und Ausdehnen des Outputs des Vergleichers 78 auf eine Dauer, die größer ist als die Hälfte einer Bit-Zeit, beispielsweise durch die Verwendung eines monostabilen Multivibrators, ein UART verwendet werden, um die Einklinkungs-/Dekodierlogik auszuführen. Dies wird bewirkt, indem ein Takt mit einer Rate vorgesehen wird, die das 16-fache der Datenrate beträgt. Durch die Verwendung eines UART werden binäre Daten automatisch (beispielsweise auf Paritäts- und Rahmenfehler hin) validiert. Außerdem werden sie hierdurch derart eingeklinkt, daß sie dem Datenbus 82 parallel präsentiert werden. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Einklinkungs/Dekodierlogik 80 und die IR-Vorverstärkerschaltung 70 in einem VLSI-Chip implementiert, wodurch die Kosten wesentlich reduziert werden und die Zuverlässigkeit des Autos erhöht wird.
Das Adress-/Befehlsfeld der Steuerdaten kann eine beliebige Länge aufweisen. Außerdem kann es in Abhängigkeit von der Systemanforderungen, beispielsweise in Abhängigkeit der Anzahl der zu adressierenden interaktiven Einrichtungen und der Anzahl der Befehle, die jede benötigt, auf vielerlei Arten kodiert werden. Ferner können durch Vergleich des Adressfeldes mit einem oder mehreren vorbestimmten Werten spezielle, auf eine Adresse reagierende Mittel aufweisende, innerhalb des Hauses des Benutzers befindliche interaktive Einrichtungen wahlweise die durch das Befehlsfeld angezeigte Aktion einleiten, wenn das Adressfeld und einer oder mehrere derartige Werte gleich sind. Beispielsweise kann das Adress-/Befehlsfeld als Modus-Steuerbit eingesetzt werden, mit dem bestimmt wird, wie die restlichen Bits von der interaktiven Einrichtung interpretiert werden. Im Fall einer großen Anzahl von interaktiven Einrichtungen mit einer relativ begrenzten Kapazität können die meisten der restlichen Bits für die Adressierung und relativ wenige für die Befehle reserviert werden. Im Falle weniger interaktiver Einrichtungen mit mehr Fähigkeiten können die meisten der restlichen Bits für die Befehle und relativ wenige für die Adressierung reserviert werden. Auf diese Weise kann ein flexibles -System geschaffen werden, in dem interaktive Vorrichtungen unterschiedlicher Anzahl und Fähigkeiten in einem eine beliebige gewünschte Länge aufweisenden Adress-/Befehlsfeld aufgenommen werden und nur auf vorprogrammierte, einrichtungsspezifische Adressen reagieren.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist eine spezielle interaktive Einrichtung festverdrahtet, so daß sie in einer vorbestimmten Weise auf die empfangenen Steuerdaten reagieren kann. Statt dessen ist jedoch ebenfalls eine Programmierung oder ROM-Steuerung möglich, so daß die Reaktionen schneller geändert werden können. Die Aktionen, die von einer oder mehreren interaktiven Einrichtungen eingeleitet werden können, umfassen den Motor, die Steuerung, das Vorderlicht, die Sirene, die Sprachsynthese und viele andere Aktionen. Handelt es sich bei der interaktiven Einrichtung nicht um ein Aktionsspielzeug, können aufeinanderfolgende Kommandofelder beispielsweise einen ASCII-Text repräsentieren, der auf einer Laptop-Anzeigeeinrichtung angezeigt werden kann, oder MIDI-Daten (Musical Instrument Digital Interface), die zur Steuerung eines Musikinstruments verwendet werden können. Die in Fig. 1 dargestellte spezielle Anwendung, worin die interaktive Einrichtung ein Spielzeugauto 34 ist, stellt lediglich eine von zahlreichen Verwendungen der neuartigen, erfindungsgemäßen interaktiven Videovorrichtung dar.
Aus Fig. 5 ist in einer Blockdiagramm-Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform der Kodierelektronik 84 zur Erzeugung eines datenkodierten zusammengesetzten Videosignals zur Funkübertragung ersichtlich. Die Kodierelektronik 84 kann als Modifikation zu einem bekannten Videoprozeßverstärker verstanden werden, wie er üblicherweise im Bereich der Videoübertragung verwendet wird und der sicherstellt, daß Videobänder hinsichtlich Übertragungsqualität, Format und anderer regulativer Erfordernisse übereinstimmen. Als erstes werden jene Bereiche des Diagramms beschrieben, die sich auf die Erzeugung eines zusammengesetzten, Videoprogramm-Material und Steuerdaten enthaltenden Videosignals beziehen. Als zweites wird ein Video-Vorschauschaltkreis beschrieben, mit dem ein Videoband vor der Datenkodierung angesehen werden kann, um die Eignung des Programm-Materials hinsichtlich der Luminanzmodulation zu bestimmen. Zum Schluß wird ein Datenentfernungsschaltkreis beschrieben, mit dem ein vorher datenkodiertes Videoband wieder in seinen vorkodierten Zustand zurückgeführt werden kann.
Funktionelle Blöcke 86 implementieren in der bevorzugten. Ausführungsform der Erfindung das Luminanzmodulations-Datenkodierschema. Der Datenkodierer 86 enthält einen Input- Puffer 88, in den nicht dargestellte Mittel zur Erzeugung eines Programmsignals ein Videoprogramm-Material einleiten. Ein Farbseparator 90 extrahiert die Chrominanzkomponente des üblichen farbenzusammengesetzten Signals, während ein Sync-Separator 92 hieraus die Synchronisationskomponente extrahiert, wobei lediglich die Lumineszenzkomponente zu einem Video-/Datenmixer 94 durchgelassen wird. Der einzige andere Input zum Mixer 94 (bei geöffnetem Schalter DATEN- ENTFERNEN) sind die Steuerdaten, die mit dem Videoprogramm- Material zu mischen sind.
Mittel zur Erzeugung eines Datensignals, beispielsweise ein nicht dargestellter Computer, stellt Steuerdaten bit-seriell dem D-Eingang eines Flip-Flops 96 zur Verfügung. Dort wird das Logikniveau, das eine 1 oder eine 0 repräsentiert und zur Übertragung kodiert werden muß, mit dem Signal VER- TIKAL SYNC synchronisiert, das eine Frequenz gleich der Feldrate hat. Der synchronisierte Ausgang des Flip-Flops 96 und der 50% Arbeitszyklusausgang eines Flip-Flops 100 sind an ein UND-Tor 98 angeschlossen. Der Eingang des Flip-Flops 100 wird vom Signal HORIZONTAL SYNC gebildet. Ein Austastschutz oder ein Niveau eines Austastschutz-Schaltkreises 102 setzt den Ausgang des UND-Tores 98 fest. Hierdurch wird sichergestellt, daß die normalen Video-synchronisierenden Signale HORIZONTAL SYNC, VERTIKAL SYNC und die Farbreferenz, die während der Austastintervalle übertragen werden, durch die Datenmodulation nicht gestört werden. Der Schaltkreis 102 spannt auch den Ausgang des UND-Tores 98 vor, um in etwa die gleichen positiven und negativen Auslenkungen zu haben. Hierdurch wird erreicht, daß eine proportional angehobene und abgesenkte Luminanz geschaffen wird, wenn das Steuerdatum eine binäre 1 ist, und es wird kein Zugeständnis an den Luminanzausgang des Mixers 94 gemacht, wenn das Steuerdatum eine binäre 0 ist.
Ein "weißer" und "schwarzer" Abschneidschaltkreis 104 stellt sicher, daß nach dem Mischen von Programm-Material und Steuerdaten im Mixer 94 maximale "weiße" und minimale "schwarze" Niveaus nicht überschritten werden. Ein zweiter Mixer 106 rekombiniert die Chrominanz- und Lumineszenzsignale, wobei ein Signal erzeugt wird, das während der horizontalen Rückführung in einem Austastaddierer 108 ausgetastet wird.
Der Datenkodierer 86 enthält ferner einen Schaltungsaufbau mit folgenden Bestandteilen:
Einen Burst-Verstärker 110, einen Burst-Phasenregler 112, einen Farbprozessor 114, eine Clamping-Schaltung 116, einen sync-Prozessor 118, einen Clamping- und Austastgenerator 120, einen Endstufenverstärker und Mixer 122, einen sync- Verstärker und Treiber 124, der ein Signal SYNC OUT erzeugt und einen Ausgangstreiber 126, der das Signal VIDEO OUT liefert. Der Datenkodierer 86 weist daher Mittel zum Modulieren des Programmsignals mittels des Datensignals in einer zeitlichen Beziehung hierzu auf, wobei ein Steuerdatenhilfsträger erzeugt wird.
Anhand von Fig. 5 wird im folgenden eine Video-Vorschaueinrichtung 128 näher beschrieben. Der Zweck der Vorschaueinrichtung 128 besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, Videoprogramm-Material Feld für Feld auf seine Eignung im Luminanzmodulations-Datenkodierschema des bevorzugten Verfahrens hin im voraus zu betrachten. Die Vorschaueinrichtung 128 ermöglicht die Identifikation einer Sequenz von aufeinanderfolgenden Videofeldern, von denen jedes in dem Fenster, das die zu kodierende Betrachtungsfläche umschreibt, eine hohe bzw. niedrige Luminanz unterhalb und oberhalb eines entsprechenden Schwellwertniveaus aufweist. In ähnlicher Weise kann mittels der Vorschaueinrichtung 128 ein Videoband mit dem 7,867 kHz-Videohilfsträger dahingehend identifiziert werden, ob es schon datenkodiert worden ist oder ob es besondere Videomerkmale aufweist, die als kodierte Daten erfaßt werden würden, wenn es sich tatsächlich nicht um solche handelt. Durch bekannte Feldmarkierungstechniken können Felder, die entweder zu "weiß" oder zu "schwarz" sind, um wirksam luminanzmoduliert zu werden, oder Felder mit Videobestandteilen, die als Daten erscheinen würden, durch ihre Zeitcode-Sequenzzahlen identifiziert und als Anwärter für die Datenkodierung ausgeschlossen werden. Durch das Hinzufügen einer geeigneten Videoverzögerung zwischen der Vorschaueinrichtung 128 und dem Kodierer 86, d. h. einer Verzögerung, die länger als die vordefinierte Steuerdaten-Wortlänge ist, können Videobänder in einer einzigen Durchlauf- oder Playback-Periode im voraus betrachtete markiert und datenkodiert werden.
Mit Blick auf die Videovorschaueinrichtung 128 kann zunächst erkannt werden, daß das Video-Programm-Material in der bevorzugten Ausführungsform mittels einer horizontalen Zeile durch eine Ultraschallverzögerungsleitung 130 verzögert wird. Das resultierende Signal wird dann durch einen Analoginverter 132 invertiert (unter der Annahme, daß der Schalter TEST 2 geschlossen ist) und mit einer unverzögerten Version des gleichen Programm-Material-Signals in einem einstellbaren Phasenmixer 134 gemixt, der als ein Doppelleitungskorrelator angesehen werden kann. Ein 250 kHz- Tiefpaßfilter 136 entfernt unerwünschte, hochfrequente Artefakte der horizontalen Verzögerungszeile 130. Der Ausgang des Filters 136 ist bei 138 festgelegt (während VER- TIKAL SYNC aktiv ist) und wird während des Durchgangs des als Fensters ausgebildeten Abschnitts des zu analysierenden Feldes abgetastet, da nur dieser Zeitpunkt von speziellem Interesse ist. Ein 7,867 kHz- Bandpaßfilter 142, ein Vollwellengleichrichter 144, ein Integrator 146 und ein Referenzspannungsvergleicher 148 erzeugen ein binäres Signal PRÄSENTE DATEN, wenn das zu analysierende Fensterfeld etwas enthält, was die zu kodierenden Daten zu sein scheinen.
Das Signal FENSTER, das die äußere Begrenzung eines Unterfeldes der Betrachtungsfläche definiert, in dem das Video- Programm-Material und die Steuerdaten gemixt werden, wird verwendet, um das Tor 140 über die Feststelleinrichtung 150 zu schalten. Hierdurch wird die Zeitdauer definiert, über die der Hilfsträger integriert wird. FENSTER kann durch eine Kombination aus horizontal sync, vertikal sync und einem nicht dargestellten Mustergenerator erzeugt werden, der durch ein programmierbares read-only memory (PROM) oder eine andere, nicht dargestellte Mikrosteuerungseinrichtung definiert werden kann. Ungeachtet der Tatsache, daß in der bevorzugten Ausführungsform das von FENSTER umschriebene Unterfeld die gesamte Betrachtungsfläche 14c des Fernsehers 14 ist, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein geeignetes Unterfeld mit einer kleineren Fläche als die Betrachtungsfläche 14c definiert werden. Ferner können seine Grenzen mittels eines Rampengenerators vermischt werden, um eine wahrnehmbare Differenz zwischen den unmodulierten und modulierten Bereichen der Betrachtungsfläche 14c an der dazwischenliegenden Stoßstelle zu vermeiden. Das luminanzmodulierte Unterfeld muß nicht rechteckig sein oder eine festgelegte Form aufweisen, sondern kann unter der pseudozufälligen Steuerung eines Bildmustergenerators amorph definiert sein. Von Bedeutung ist, daß das bevorzugte Verfahren und die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung das Umrandungsproblem vermeiden, indem die gesamte Betrachtungsfläche 14c des Fernsehers 14 luminanzmoduliert wird.
Das Video-Programmaterial-Signal wird bei 152 festgeklemmt und über die Tore 154, 156 für die Dauer des FENSTER-Signals abgetastet. Der Ausgang des Tores 154 wird bei 158 spitzenmäßig erfaßt, bei 160 festgeklemmt (während VERTIKAL SYNC aktiv ist) und bei 162 mit einem vorherbestimmten "weißen" Luminanzmaximum verglichen. Hierdurch wird ein Signal ZU WEISS erzeugt, das angibt, ob die Luminanz innerhalb des Unterfeldes zu hoch ist, um nachweisbar mit Daten luminanzmoduliert zu werden. Komplementär hierzu wird der Ausgang des Tores 156 bei 164 spitzenmäßig erfaßt, bei 166 festgeklemmt (während VERTIKAL SYNC aktiv ist) und bei 168 mit einem vorbestimmten "schwarzen" Luminanzminimum verglichen, um ein Signal "ZU SCHWARZ" zu erzeugen. Dieses Signal gibt an, ob die Luminanz innerhalb des Unterfeldes zu niedrig ist, um nachweislich luminanzmoduliert zu werden. ZU WEISS, ZU SCHWARZ kann mittels eines nicht dargestellten Computers überwacht werden, um das entsprechende Unterfeld dahingehend zu markieren, daß es entweder eine zu hohe oder eine zu niedrige Luminanz aufweist. Während des Datenkodierprozesses können solche Felder vermieden werden, und es kann eine geeignetere, aber gleichermaßen rechtzeitige Feldersequenz mit Kontrolldaten kodiert werden. In einer alternativen Ausführungsform werden solche Felder beispielsweise durch einen Computer nicht vermieden, sondern passend gestaltet, indem Videoniveaus wie die Verstärkung oder die Basis modifiziert werden.
Die Verzögerungsleitung 130 bewirkt in der bevorzugten Ausführungsform eine Verzögerung von etwa 63,556 us, was der NTSC nominalen horizontalen Zeilendauer entspricht. Die Verzögerungsleitung 130 erlaubt es, das Inverse der momentanen Luminanz der vorausgehenden horizontalen Zeile zur momentanen Luminanz der vorhandenen Zeile im Mixer 134 hinzuzuzählen, wodurch eine momentane Luminanzdifferenz zwischen den beiden benachbarten Zeilen erzeugt wird. Bei Vorhandensein einer Luminanzmodulation bei oder um eine Frequenz von 7,867 kHz herum enthält das diese Differenz repräsentierende Signal eine wesentliche Hilfsträgerkomponente, die als Ausgang des Komparators 148 erfaßt werden kann. Der "Präsente-Daten"-Schaltkreis der Video-Vorschaueinrichtung 128 ist in vielerlei Hinsicht darin der in Fig. 3 dargestellten Empfängerelektronik 56 darin ähnlich, daß er ein Schwellenvideoenergieniveau bei der Hälfte der NCSC horizontalen Zeilenfrequenz zu erfassen sucht. Die Videoverzögerungsleitung 130 kann auch in anderen Einrichtungen, beispielsweise Schieberegistern einer Ladungskopplungseinrichtung (CCD), implementiert werden.
Aus Fig. 5 ist weiterhin ein Datenentferner 170 ersichtlich. Im allgemeinen kann der Datenentferner 170 als ein Dreifach-Zeilen-Korrelator angesehen werden. Bei Vorhandensein eines 7,867 kHz- Videohilfsträgers zwischen drei benachbarten, horizontalen Abtastlinien erzeugt der Datenentferner 170 einen invertierten Hilfsträger mit gleicher Amplitude. Dieser wird im Mixer 94 zum Löschen des erfaßten Hilfsträgers verwendet (wenn der Schalter ENTFERNE DATEN geschlossen ist). Wie aus Fig. 5 ersichtlich, wird bei Verwendung des Datenentferners 170 das Videoprogramm-Material durch diesen vorverarbeitet, bevor es in den Datenkodierer 86 und die Video-Vorschaueinrichtung 128 eingegeben wird. Hierdurch wird die Eignung der Felder für die Modulation erhöht, während das Programmaterial selbst im wesentlichen unsichtbar beaufschlagt wird.
VIDEO IN wird zu einem Testmixer 172 geleitet, dessen anderer Eingang normalerweise keinen Beitrag leistet (bei geöffnetem Schalter TEST 1). Der Mixer 172 liefert ein Videosignal, das um eine horizontale Zeile durch eine 63,556 us Verzögerungsleitung 174 verzögert wird. Dieses Signal wird aus Gründen, die noch erläutert werden, durch einen Kompensationsverzögerungsschaltkreis 176 weiter verzögert und dann in den Puffer 88 des Datenkodierers 86 und in die Verzögerungsleitung 130 der Vorschaueinrichtung 128 eingegeben. Der Ausgang des Mixers 172 wird durch den analogen Inverter 178 invertiert, dessen Ausgangsstrom durch den Widerstand R1 begrenzt wird, bevor er in den Mixer 180 eingegeben wird. Dieser erste Input zum Mixer 180 kann als ein Beitrag von einem Minus von einem Viertel der momentanen Luminanz der gegenwärtigen Horizontalzeile angesehen werden. Der Stromausgang der Verzögerungsleitung 174 wird durch einen Widerstand R2 begrenzt und wird zu einem zweiten Input für den Mixer 180. Dieser zweite Input für den Mixer 180 kann als ein Beitrag von einem Plus von der Hälfte der momentanen Luminanz der vorhergehenden Horizontalzeile angesehen werden. Der Ausgang der Verzögerungsleitung 174 wird auch einer Verzögerungsleitung 182 eingegeben, deren Stromausgang bei 184 invertiert und durch einen Widerstand R3 begrenzt wird. Hierdurch bildet der Stromausgang den dritten Input für den Mixer 180. Dieser letzte Input für den Mixer 180 kann als Beitrag von einem Minus von einem Viertel der momentanen Luminanz derjenigen Horizontalzeile angesehen werden, die der vorhergehenden Horizontalzeile unmittelbar vorausgeht.
Es ist ersichtlich, daß der Output des Mixers 180 eine gewichtete Summe der momentanen Luminanz von drei benachbarten horizontalen Zeilen von VIDEO IN darstellt. Bei Vorhandensein eines Video-Hilfsträgers bei oder um eine Frequenz von 7,867 kHz herum stellt der Output des Mixers 180 das Inverse der Luminanzmodulationskomponente der gegenwärtigen horizontalen Zeile dar. Dies beruht darauf, daß zwischen jeweils drei benachbarten horizontalen Zeilen innerhalb eines datenkodierten Unterfeldes 1) eine in der Luminanz angehoben wird und zwei abgesenkt werden oder 2) zwei in der Luminanz angehoben werden und eine abgesenkt wird. Drei benachbarte horizontale Zeilen ermöglichen daher definitiv die Erfassung eines Hilfsträgers bei VIDEO IN. Die gewichtete Summe der drei Inputs zum Mixer 180 ist gleich der durchschnittlichen Amplitude der Luminanzmodulation zwischen jeweils zwei benachbarten Zeilen, die Null beträgt, wenn keine Luminanzmodulation vorhanden ist.
Wo auch immer der Doppelzeilenkorrelator der Video-Vorschaueinrichtung 128 bzw. der Dreifachzeilen-Korrelator des Datenentferners 170 es ermöglichen, kodierte Daten oder falsche Datenkomponenten des VIDEO IN zu erfassen und zu entfernen, liegen auch alternative Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der Erfindung. Beispielsweise kann ein n- Zeilenkorrelator verwendet werden, um die Schaltkreisempfindlichkeit für das Vorhandensein von Hilfsträgerkomponenten zu erhöhen. Hierdurch wird die Eignung der Video-Vorschaueinrichtung 128 erhöht, kodierte oder falsche Daten zu erfassen, oder die Eigenschaft des Datenentferners 170 erhöht, derartige Daten zu unterdrücken. Ein n-Input Mixer kann eine gewichtete Summe von inkremental verzögerten Video-Inputs erzeugen, so daß die Vorschaueinrichtung 128 oder der Entferner 170 eine weitere, n-zeilige "Sicht" von VIDEO IN haben. Das 36 dB-Unterdrückungsverhältnis des Dreifach-Zeilen-Korrelators kann beispielsweise erhöht werden, indem n Verzögerungsleitungen kaskadiert werden und ihr relativer Plus- oder Minusbeitrag zu der gewichteten Summe derart definiert wird, daß die Summe Null ist, wenn kein Hilfsträger einer speziellen Frequenz vorhanden ist.
Weiterhin können Verzögerungsleitungen, wie beispielsweise die Verzögerungsleitung 174, im Rahmen der vorliegenden Erfindung andere Werte als 63,556 us annehmen. Im allgemeinen werden Verzögerungsleitungen derart spezifiziert, daß sie eine Verzögerung bewirken, die nominal gleich ist der Hälfte des Inversen der Hilfsträgermodulationsfrequenz, wie dies bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Fall ist. Für eine allgemeine Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen unterschwelligen Modulationsverfahrens, für welches das abwechselnde, proportionale Anheben und Absenken der Luminanz benachbarter horizontaler Zeilen lediglich ein Beispiel darstellt, kann die Hilfsträgerfrequenz höher oder geringer als 7,867 kHz sein. Ferner können auch die Verzögerungsleitungen eine niedrigere bzw. höhere Videoverzögerung bewirken.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich, wird der Ausgang des Mixers 180 bei 186 gefiltert, um unerwünschte, hochfrequente Komponenten einschließlich der NTSC Chrominanz-Hilfsträgerkomponente von nominal 3,579 MHz zu beseitigen. Weiterhin wird dieser Output bei 188 invertiert und über den Schalter ENT- FERNE DATEN 190 zum Videomixer 94 weitergeleitet. Aufgrund der inhärenten Übertragungsverzögerung des Outputs des Mixers 180 durch den Filter 186 muß der Verzögerungsleitung 179 eine Kompensationsverzögerung des Outputs auferlegt werden, um die synchronisierte Ankunft der Inputs zum Video/Datenmixer 94 sicherzustellen. Enthält VIDEO IN Videobestandteile, die dem Detektor als Luminanzmodulation erscheinen, d. h. enthält VIDEO IN falsche Daten oder enthält VIDEO IN tatsächlich kodierte Daten, so wird die Modulationskomponente der gegenwärtigen Horizontalzeile gesäubert oder gelöscht, indem im Mixer 94 ein Signal mit gleicher Amplitude, aber entgegengesetztem Vorzeichen zur Modulationskomponente hinzugefügt wird. Auf diese Weise enthält der Videoausgang des Ausgangstreibers 126 aufgrund der Tätigkeit des Datenentferners 170 lediglich Video-Programmaterial anstatt eine Kombination aus Video-Programmaterial und einem luminanzmodulierten Hilfsträger oder Videobestandteile, die als falsche Daten erfaßbar sind.
Wenn Daten von einem vorher datenkodierten Videoband entfernt werden sollen, was beispielsweise durch die Vorschau des Videobandes und durch das Überwachen von PRÄSENTE DATEN veranlaßt werden kann, so braucht der Anwender lediglich den Schalter 190 ENTFERNE DATEN zu schließen, das kodierte Videoband mittels des Kodierschaltkreises 84 zu verarbeiten und VIDEO OUT auf einem leeren Videoband aufzunehmen. Auf diese Weise kann der von der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichte Datenkodierprozeß umgekehrt werden, um derart bearbeitete Videobänder in ihren früheren, unkodierten Zustand zurückzuführen. Indem der Schaltkreis 84 der Video- Vorschaueinrichtung 128, der Datenkodierer 86 und der Datenentferner 170 in das Kodieren eingeschlossen werden, können, basierend auf der PRÄSENTE DATEN-Markierung von Unterfeldern, Video-Masterbänder vorbetrachtet und Daten kodiert oder restauriert werden. Der Datenkodierer 86 und der Datenentferner 170 können alternativ und gleichzeitig verwendet werden, um 1) ungewollte Videobestandteile zu entfernen, die als falsche Daten oder als ungewollter modulierter Hilfsträger detektierbar sind, und 2) den gewünschten modulierten Hilfsträger hinzuzufügen.
Es ist möglich, die Video-Vorschaueinrichtung 128 und den Datenentferner 170 zu testen, indem ein 7,867 kHz-Signal in den zweiten Eingang des Mixers 172 über den Schalter 192 TEST 1 eingegeben wird. Wird ein 7,867 kHz-Hilfsträger am Mixer 172 eingegeben, zeigt PRÄSENTE DATEN das Vorhandensein dieses Pseudo-Daten-Hilfsträgers an. Wird gleichsam ein 7,867 kHz-Hilfsträger beim Mixer 172 eingegeben, und ist der Schalter 190 ENTFERNE DATEN geschlossen, so wird VIDEO OUT aufgrund des Differenz-Erzeugungseffekts des Datenentferners 170 und des Löschungseffekts des Mixers 94 keine Hilfsträgerkomponente enthalten, obwohl PRÄSENTE DA- TEN aktiv ist. Wäre der Schalter 194 TEST 2 geöffnet, würde die Video-Vorschaueinrichtung 128 noch das Vorhandensein von Daten anzeigen. Da dies jedoch von einer Einfachzeilenerfassung (wie dies von der Empfängerelektronik 56 durchgeführt wird) anstelle einer Zweifachzeilen-Korrelation abhängig wäre, würde die Vorschaueinrichtung 128 ein niedrigeres Signal-Rausch-Verhältnis vorweisen. Letztlich erlaubt der Schalter 196 TEST 3 eine Schleifenrücktestung der Video-Vorschaueinrichtung 128 und des Datenentferners 170, indem der Verzögerungsleitung 130 Video-Programmaterial hinzugeführt wird (wenn der Schalter 196 in seiner AUS-Position ist), oder indem VIDEO OUT der Verzögerungsleitung 130 zugeführt wird (wenn sich der Schalter 196 in seiner EIN-Position) befindet.
Das bevorzugte Verfahren gemäß der Erfindung kann jetzt im Lichte der beschriebenen Vorrichtung verstanden werden. Durch die Luminanzmodulation abwechselnder horizontaler Abtastzeilen von aufeinanderfolgenden Video-Unterfeldern innerhalb der Betrachtungsfläche eines Fernsehers derart, daß die Modulation für den Fernsehbetrachter im wesentlichen unsichtbar ist, kann ein zusammengesetztes Videosignal mit Video-Programmaterial und Steuerdaten beispielsweise durch die Verwendung des Kodierschaltkreises 84 erzeugt werden. Durch das Erfassen der Video-Hilfsträgerkomponente, beispielsweise durch Erfassungsmittel einschließlich des Übertragers 16 und Detektors 56, können die kodierten Daten an oder nahe dem Fernseher, jedoch asynchron bezüglich seiner Rasterabtastzeit für Zusatzanwendungen, beispielsweise zur Steuerung einer interaktiven Einrichtung, reproduziert werden.
Das zusammengesetzte Videosignal, das das Video-Programmaterial und die Steuerdaten enthält, kann durch Identifizierung, Markierung und Protokollierung einer Sequenz von aufeinanderfolgenden Feldern erzeugt werden, die für die Datenkodierung geeignet sind. Hierzu kann beispielsweise die Video-Vorschaueinrichtung 128 verwendet werden. Bei Wunsch können, beispielsweise durch Verwendung des Datenentferners 170, Felder mit kodierten oder falschen Daten vom Video-Hilfsträger gesäubert werden, wodurch sie für die Datenkodierung geeignet gemacht werden. Hierfür kann beisp. der Datenkodierer 86 verwendet werden. Die Formatierung einer binären Datensequenz, beisp. durch Verwendung eines Computers, der auf die Signale PRÄSENTE DATEN, ZU WEISS und ZU SCHWARZ Zugang hat, erlaubt es, daß die Steuerdatensequenz innerhalb der identifizierten Feldsequenz eingepaßt wird. Nach dem Erzeugen von Synchronisationssignalen, die ein ein eingeschlossenes Video-Unterfeld umschreibendes Fenster definieren, können das Programmaterial und die Steuerdaten innerhalb des Fensters und in Reaktion auf die Signale gemischt werden, indem das Programmaterial mit den Steuerdaten luminanzmoduliert wird. Es liegt im Rahmen der Erfindung, anstelle analoger Mittel zum Vorbetrachten, Kodieren und Restaurieren von Videobändern digitale Mittel zu verwenden, indem beispielsweise graue skalenkodierte Pixels innerhalb eines Rahmenpuffers manipuliert werden.
Die Übertragung des zusammengesetzten, mittels der oben erläuterten Schritte erzeugten Videosignals ermöglicht es, daß ein oder mehrere Fernseher das Signal empfangen, daß in der Nähe angeordnete Erfassungsmittel die Daten reproduzieren und daß ein IR-Modulator und eine IRED-Anordnung die Daten örtlich übertragen, wodurch interaktive Einrichtungen veranlaßt werden, auf das datenkodierte Programmaterial zu reagieren. Gemäß dem bevorzugten Verfahren der Erfindung wird die Erfassung durchgeführt, indem die Modulation örtlich und optisch, beisp. mittels eines Übertragers 16, auf die Empfängerelektronik übertragen wird, wodurch das Programmaterial von den Steuerdaten unterschieden wird. Durch die Amplitudenmodulation eines IR-Trägers mit den Kontrolldaten können die letzteren unhörbar und drahtlos zu interaktiven Einrichtungen innerhalb des Übertragungsbereiches übertragen werden.
Die durch die Erfindung erzielten Vorteile sind offensichtlich. Das offenbarte Verfahren und die beschriebene Vorrichtung ermöglichen eine sublime in-band Daten-kommunikation über konventionelle Fernsehsendekanäle für eine Zusatzverwendung an einer dem häuslichen Fernsehbetrachter nahen Stelle. Die Erfassungsvorrichtung einschließlich eines optischen Übertragers, der jeden gewünschten Bereich innerhalb einer Programmbetrachtungsfläche des Bildschirms unauffällig überwacht, ermöglicht es, daß die Empfänger/Übertragerelektronik die Steuerdaten von zufälligem Videorauschen unterscheidet und die Steuerdaten zu einer oder mehreren interaktiven Einrichtungen innerhalb ihres IR- Übertragungsbereichs lokal überträgt. Derartige interaktive Einrichtungen können flexibel programmiert werden, um vorbestimmte Aktionen in Reaktion auf die Handlung des Fernsehprogrammes einzuleiten. Die Vorrichtung erfordert keine elektrischen Verbindungen zum Fernsehempfänger oder zur Antenne und steuert die interaktiven Einrichtungen innerhalb des Hauses eines Fernsehbetrachters drahtlos und ferngesteuert. Interaktive Einrichtungen, die durch das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung ferngesteuert werden können, umfassen sowohl Lehr- als auch Unterhaltungseinrichtungen.
Die Mittel zum Erfassen der sublimen Modulation des Videoprogrammsignals können in einer manuell handhabbaren Fühlereinrichtung vorgesehen sein. Diese Fühlereinrichtung kann die interaktive Einrichtung selbst sein, die mittels der Steuerdaten ferngesteuert wird. Hierdurch wird vermieden, daß die rekonstruierten Steuerdaten örtlich übertragen werden müssen. Weiterhin kann die Übertragung der Steuerdaten auf eine interaktive Vorrichtung auch durch andere als IR-Mittel erreicht werden. Beispielsweise kann ein Radiofrequenz-(RF) Übertrager, der nahe dem Fernseher angeordnet ist, die Steuerdaten zu einem RF-Empfänger innerhalb der interaktiven Einrichtung übertragen. Ferner ist es gemäß der beschriebenen modifizierten Ausführungsform möglich, daß eine mit einer RF-Antenne und -Empfänger ausgestattete interaktive Einrichtung direkt die RF-Abstrahlung vom Fernseher erfaßt.
Während ein bevorzugtes Verfahren zur Ausführung der Erfindung und eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und eine hierzu abgewandelte Ausführungsform beschrieben worden sind, sind innerhalb des Rahmens der Erfindung weitere Abwandlungen möglich.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung eines zusammengesetzten Videosignals (VIDEO OUT) mit einem regulären Videoprogramm- Material (VIDEO IN) und Hilfssteuerdaten (STEUERDATEN), wobei wenigstens ein Videobereich (14d) innerhalb der Betrachtungsfläche (14c) eines Fernsehers (14) derart moduliert wird, daß die Modulation für den Fernsehbetrachter im wesentlichen unsichtbar ist, das Signal auf einem Fernseher (14) angezeigt wird und die Steuerdaten (STEUERDATEN) für eine zusätzliche Verwendung dekodiert werden (80), dadurch gekennzeichnet, daß die horizontale Zeilenluminanz und/oder -chrominanz derart moduliert wird, daß die Hilfssteuerdaten (STEUERDA- TEN) das reguläre Videoprogramm-Material (VIDEO IN) überlagern, wobei die Modulation von die Luminanz und/oder die Chrominanz modulierenden abwechselnden Sets aus n benachbarten horizontalen Abtastzeilen (40, 42) innerhalb des Videobereichs (14d) verrichtet wird, wodurch hinsichtlich zweier abwechselnder Sets aus horizontalen Abtastlinien der Luminanz- und/oder Chrominanzpegel eines ersten Sets um einen vorbestimmten Prozentsatz angehoben wird (44, 48) und der Luminanz- und/oder Chrominanzpegel eines zweiten Sets um im wesentlichen den gleichen Prozentsatz abgesenkt wird (46, 50).

2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß das reguläre Programm-Material (VIDEO IN) vorbesichtigt wird (128), um vor dem Modulieren zu bestimmen, ob das Programm-Material (VIDEO IN) innerhalb des Videobereichs (14d) einen Modulationsartefakt (PRÄSENTE DATEN) enthält, der im wesentlichen gleich der durchzuführenden Modulation ist, wobei in diesem Falle dieser im wesentlichen unsichtbar entfernt wird (170), wodurch die Zweckmäßigkeit des Videobereichs (14d) gesteigert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dekodieren (80) der Steuerdaten (STEUERDATEN) den Schritt umfaßt, daß das Vorhandensein und die Richtung im wesentlichen unsichtbaren, überlagerten Steuerdaten (STEU- ERDATEN) optoelektronisch erfaßt wird (16, 56), indem das Videosignal (VIDEO OUT) bandpaßgefiltert wird (60, 62).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnete daß die Modulation derart durchgeführt wird, daß der gesamte Luminanz- und/oder Chrominanzpegel innerhalb des Videobereichs (14d) beibehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation durch Luminanzmodulation erfolgt, wobei zwischen den zwei abwechselnden Sets aus horizontalen Abtastzeilen (40, 42) der Luminanzpegel eines ersten Sets (44, 48) um einen vorbestimmten Prozentsatz angehoben und der Luminanzlevel eines zweiten Sets (46, 50) um im wesentlichen den gleichen Prozentsatz abgesenkt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation durch Chrominanzmodulation erfolgt, wobei hinsichtlich zweier abwechselnder Sets aus horizontalen Abtastzeilen (40, 42) der Chrominanzpegel eines ersten Sets (44, 48) um einen vorbestimmten Prozentsatz angehoben und der Chrominanzlevel eines zweiten Sets (46, 50) um im wesentlichen den gleichen Prozentsatz abgesenkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Videobereich gibt, der mit der Betrachtungsfläche (14c) des Fernsehers (14) zusammenfällt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dekodieren (80) der Steuerdaten (STEUERDATEN) die Schritte enthält, daß das Vorhandensein und die Richtung der im wesentlichen unsichtbaren, überlagerten Steuerdaten (STEUERDATEN) optoelektronisch erfaßt wird (16, 56), indem eine lichtreaktive Einrichtung (18) und ein mit dieser verbundener Bandpaßfilter (60, 62) verwendet wird, die keinerlei elektrische Verbindung mit dem Fernseher (14) haben.

9. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine interaktive Vorrichtung (34), die mit dem Dekoder (80) verbunden ist, um eine derartige Zusatzverwendung bereitzustellen.

10. Vorrichtung für die Anwendung des Verfahrens nach Anspruch (10), gekennzeichnet durch Mittel (86) zum Erzeugen des zusammengesetzten Videosignals, Mittel (16, 56), die benachbart zum Fernseher angeordnet sind, um die Hilfssteuerdaten (STEUERDATEN) zu erfassen, die dem regulären Videoprogramm-Material (VIDEO IN) überlagert sind, und Mittel (80), um in einer vorbestimmten Reaktion auf die Steuerdaten (STEUERDATEN) gemäß einem vorbestimmten Code die Aktionen einer oder mehrerer interaktiver Vorrichtungen (34) zu steuern.