DE4337894A1 - Verfahren zur Codierung und Übertragung von Information - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Codierung und Übertragung von Information, beispielsweise von Vorlagen und Bildern Daten und Sprache. In den Beispielen werden insbesondere Telefax und das Farbfernsehen angeführt.

Stand der Technik

Bei Telefax sollen auch Fotos und Vorlagen mit unterschiedlichen Grauwer­ ten codiert und übertragen werden. Hierfür wurden die abgegriffenen Span­ nungswerte der Bildpunkte in z. B. 16 Stufen unterteilt und nach dem Di­ therverfahren in 16 weiß/schwarze Bildpunkte, quadratisch angeordnet, auf­ geteilt. 16 weiße Bildpunkte entsprechen dabei dem Grauwert 1 und 16 schwarze Bildpunkte dem Grauwert 16. Je nach Grauwert, also Spannungswert, werden dann die Bildpunkte in mehr oder weniger dichte Muster von weißen und schwarzen Bildpunkten aufgeteilt. Für das Auge erscheint dies immer als hellerer oder dunklerer Grauton. Die Übertragung dieser Quadrate ist sehr zeitraubend und aufwendig. Die Übertragung über den Stromweg erfolgt dann vielfach mit Hilfe der Phasendifferenz- bzw. Amplituden/Phasendiffe­ renzmodulation.

Farbige Photos und Bilder z. B. auch solche nach dem Still-Video-System von Canon, werden vielfach auf den bekannten Prinzipien der Codierung und Übertragung wie beim Farbfernsehen, z. B. PAL, durchgeführt. Beim NTSC-Sy­ stem entstehen dabei erhebliche Farbfehler, die nur mit erheblichen Auf­ wand beim PAL-System beseitigt wurden. Außerdem entstehen bei allen Sy­ stemen die unter Cross Luminance und Cross Colour bekannten Fehler. Durch die Art der Codierung und Übertragung sind noch Verzögerungsglieder zur Anpassung der Laufzeiten erforderlich.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung macht sich nun zur Aufgabe, eine solche Codierung und Über­ tragung der Informationen zu schaffen, bei der die Übertragungszeit ver­ kürzt wird, oder/und die Bandbreite reduziert wird. Bei der Farbübertra­ gung sollen dabei die bekannten Fehler vermieden werden. Dies wird z. B. bei der Grauübertragung bei Telefax u. a. bei Telefax dadurch erreicht, in­ dem die Umwandlung nach dem Dither-Verfahren erst beim Empfänger vorgenom­ men wird. Weiterhin werden, beispielsweise bei der Lauflängencodierung, glei­ che Codewörter gleiche Zeilen mit gleichen z. B. nur ein Codewort für weiß, oder auch mit unterschiedlichen synchron angeordneten Codewörtern in der Folge, zusammenfaßt. Dies geschieht dabei in der Weise, indem man vor oder hinter dem mehrfachen Codewort bzw. Zeile die Zahl der sich wiederho­ lenden Codewörter bzw. Zeilen verschlüsselt vorsieht. Dasselbe kann man natürlich auch bei Sprach-, Farb- und sonstigen Codierungen vornehmen. Die Farben kann man zweckmäßig auch mit Hilfe der Farbauszüge codieren und z. B. auf QAM-Basis übertragen. Die Farbauszüge können dabei z. B. je Bild einzeln hintereinander oder die jeweiligen Abgriffswerte bzw. PCM-Werte werden zyklisch vertauscht auf 2 Codierfolgen übertragen, gesendet. Vor­ teilhaft kann man dabei eine codemultiplexe Zusammenfassung mehrerer Infor­ mationskanäle vornehmen. Ein Kombiantionscode aus vor-nacheilenden und gleichbleibenden Phasenlagen und/oder ein Code aus einer verschiedenen Zahl von Perioden gleicher oder verschiedener Periodendauer in Verbindung mit einem Amplitudencode ist besonders effektvoll. Eine Amplitudenstufe wird dabei als Redundanz bzw. Quasistufe zur eindeutigen Kennzeichnung vom be­ stimmten Codekombinationen vorgesehen.

Der Kombinationscode aus Phasenlage, Zahl der Perioden und Amplituden kann dabei nur mit einem Wechselstrom realisiert werden. Die Phasenlage wird dann durch die Zeitdauer der Summe der Wechselstromperiodendauern bestimmt. Die Zahl bzw. die Frequenz der Wechselstromperioden wird so gelegt, daß sie ein geradzahliges Vielfach der Zeitdauer der Phasenlage sind. Die Ampli­ tuden der Perioden sind dann die Amplitudenstufen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1, 2 Codierung von Grautönen bei Telefax,

Fig. 3 Prinzip des Ditherverfahrens,

Fig. 4 Übersichtsschaubild eines Telefaxgerätes,

Fig. 5 und 6 Verwendung nur eines Lauflängencode für weiß und schwarz,

Fig. 7 eine quadraturmodulierte Übertragung von Treppensignalen 2er Kanäle,

Fig. 8 und 12 die Quadraturamplitudenmodulation mit Vektordiagramm,

Fig. 9 Codemultiplexe Zusammenfassung von Kanälen,

Fig. 10 Prinzipschaltung für die Erzeugung von Phasen/Amplitudenstufen,

Fig. 11 Darstellung eines duobinären Amplitudencodes,

Fig. 13 und 14 ein unipolarer und bipolarer Phasen/Amplitudencode,

Fig. 15 ein Code für die quadraturmodulierte Übertragung mit Einschwingzonen,

Fig. 16 ein Phasen/Zahl von Perioden-Code,

Fig. 17 Prinzipschaltbild zur Erzeugung phasenverschobener Wechselströme,

Fig. 18 Darstellung eines Phasensprunges durch die Summierung von kleinen Phasensprüngen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Zuerst wird ein Beispiel für eine Graubildcodierung und Übertragung für 16 Stufen für Zwecke einer Auswertung nach dem Dither-Verfahren darge­ stellt. Dabei ist der wesentliche Unterschied gegenüber den bisherigen Me­ thoden, daß die Umwandlung der Quantisierungsstufen in Bildpunkte nach dem Dither-Verfahren nicht beim Sender, sondern erst beim Empfänger er­ folgt. Die Übertragung der Bildinformation kann dadurch effektvoller ge­ staltet werden. Die Grautonbildpunkte können dabei analog oder digital zum Empfänger gesendet werden. Analog kann entweder unmittelbar der jewei­ lige Wert oder aber der analoge Digitalwert, indem die Quantisierungstufen entsprechend ihrem Wert analog übertragen werden. Die PAM-Werte werden dabei z. B. auf die Amplituden von Halbwellen oder Perioden eines Wechsel­ stromes übertragen und in der Folge unmittelbar als Codierwechselstrom oder mittels eines Trägers zur Empfangsstelle gesendet. Solche Codierungen sind z. B. in meinem US-Patent 4.731.798 enthalten. Bei einer digitalen Co­ dierung kann dabei dieselbe Lauflängencodierung vorgesehen werden wie bei der Weiß/Schwarz-Übertragung, oder man kann auch einen Binärcode vorsehen, wobei diese für die Übertragung in mehrstufige Codes umgewandelt werden. Bei der Codierwechselstromübertragung kann man zusätzlich die QAM verwen­ den, so daß wesentlich mehr von Information übertragen werden kann. Man kann damit auch eine Frequenzteilung bewerkstelligen. Auch die doppelte QAM, d. h. wenn die Summenwechselströme nochmals addiert werden, kann man vorsehen. Die Codier- bzw. Additionswechselströme kann man auch frequenz­ moduliert übertragen, da diese schmalbandig sind. Den Quantisierungsstufen 1 bis 16, 1 ist dabei weiß und 16 schwarz zugeordnet, wird man bei einer Lauflängencodierung immer die kürzesten Zahlen von weiß und schwarz zuwei­ sen. Man kann natürlich dabei alle die bekannten MHC-, MRC- und MMR-Verfahren verwenden. Eine weitere Verkürzung der Übertragungszeit wird dadurch er­ reicht, wenn man gleiche Stufen in der Folge in der Weise zusammenfaßt, indem man vor oder hinter der Stufencodierung die Zahl der folgenden Stu­ fen codiert vorsieht, z. B. 13, 13, 13, 13= 13/4. Diese Folgezahlen erhalten dabei einen besonderen Code. Der Schrägstrich wird natürlich nicht übertra­ gen. Dasselbe kann man auch mit gleichen Zeilen machen. Dabei muß z. B. ein Codewort beim Beginn der Zeile "gleiche Zeilen" und vor oder nach die­ sen die Zahl der gleichen Zeilen, ebenfalls mit einem besonderen Codewort gekennzeichnet werden.

Eine weitere Verkürzung der Übertragungszeit kann man dadurch erreichen, indem man die 16 Stufen in Unterstufen unterteilt, z. B. in 2×8 Stufen.

Es müssen dann für eine Bildpunktzeile 2 Quantisierungszeilen 8 bis 1 und 8 bis 16 vorgesehen werden, wobei auch eine Speicherung vorausgehen muß. Dabei kann auch eine Folge bei Codewörtern als auch bei den Quantsierungs­ zeilen verwendet werden. Auch können z. B. bei einer Lauflängencodierung dieselben Codewörter für die Stufen 8 bis 1 und 9 bis 16 vorgesehen werden. Am Anfang jeder Quantisierungszeile ist ja ist ein Codewort erforderlich, das jeweils die Zeile 8 bis 1 oder 9 bis 16 markiert. Gleiche Zeilen brauchen nicht immer dieselben Stufen aufweisen, sondern es genügen syn­ chron gleiche Stufen. Wenn es Vorteile bringt, kann man auch die Quanti­ sierungszeilen veränderbar machen, z. B. 7 bis 0 und 8 bis 16. Dies muß dem Empfänger durch ein Codewort übermittelt werden. In der Fig. 1 ist ein Beispiel dargestellt. Bei den Abgriffen 1 bis 6 gehen die Quantisie­ rungsstufen bis 8 und über 8 hinaus. Infolgedessen würde man bei der Zeile 8 bis 1 die Stufe 8/6 codieren. Der Abgriff 7 hätte die Stufe 2 von 8 aus gerechnet. Beim Übertragen müssen die beiden Quantisierungszeilen nicht synchron miteinander übertragen werden. Auf der Empfangsseite kann im Speicher oder erst z. B. bei der Umsetzung in ein Dither-Signal die Quanti­ sierungszeilen zusammengefügt werden.

Die 16 Quantisierungsstufen kann man auch mit einem Binärcode mit 2 hoch Codeelementen darstellen. Jeder Abgriff hat dann dieselbe Stellenzahl. Für die Übertragung wird man eine mehrstufige Codierung vorsehen. Um die Übertragungszeit zu verkürzen, kann man auch wieder das Folgeprinzip für gleiche Codewörter in der Weise besonders effektiv vorsehen, indem man in das Codewort eine Redundanz einbringt, z. B. indem man für 16 Stufen 2 hoch 5 Kombinationen vorsieht. In der Fig. 2 ist ein solches Beispiel darge­ stellt. Wird das Codewort wieder in 2 Gruppen unterteilt und zwar in die Gruppen 123 und 45, so sieht man, daß die Gruppe 45 für alle 16 Stufen nur 2 verschiedene Werte aufweist. Stufen, die oft vorkommen wird man na­ türlich solche Codewörter zuweisen, damit man für diese immer dieselben Codeelemente 45 erhält. Für eine Bildzeile sind wieder 2 Codierungszeilen erforderlich. Bei der Codierungszeile 123 können immer von mehr Codewör­ tern die 3 Codeelemente zusammengefaßt werden.

In der Fig. 3 ist das Prinzip der Umwandlung der Grautöne in Bildpunkte nach dem Dither-Verfahren dargestellt. Die weiße Fläche der Fig. 3a ent­ spricht dabei dem Grauwert 1, die schwarze Fläche der Fig. 3b dem Grau­ wert 16. Bei einem niedrigeren Grauwert der Fig. 3c werden weniger schwar­ ze Bildpunkte je Flächeneinheit und bei einem hohen Grauwert z. B. der Fig. 3d mehr schwarze Bildpunkte je Flächeneinheit vorgesehen für das Auge.

In der Fig. 4 ist eine Übersicht eines Telefaxgerätes dargestellt. Die Le­ seeinheit L hat die Aufgabe, die zu übertragende Vorlage in analoge elek­ trische Signale umzuwandeln. Bei normaler Weiß/Schwarz-Übertragung geht die Verbindung unmittelbar zum Codierer. In diesem werden die weißen und schwarzen Bildpunkte summiert und in einen Code z. B. MHC-Code umgewandelt. Über das Modem Mod, das die Information in einer mehrstufigen Code umwan­ delt, wird dann die Information über die Anschalteeinheit AS auf den Über­ tragungsweg gegeben. Vom Bedienfeld B erfolgt die Steuerung. Bei der Grau­ abtastung wird im Codierer die Information jedes Bildpunktes quantisiert und je nach Auflösung in 16 oder 64 Stufen aufgeteilt. Diese Stufen wurden bisher im Codierer in eine vorbestimmte Vielzahl von weißen und schwarzen Bildpunkten, wie in der Fig. 3 dargestellt, aufgeteilt und übertragen. Bei der Erfindung hingegen werden die Stufen in Lauflängen, also 1, 2, . . . 16 umge­ setzt oder in einen Binärcode oder gleich in einen mehrstufigen Code und unmittelbar oder mittelbar über das Modem übertragen. Die ankommende Infor­ mation geht über die Anschalteeinheit und Modem Mod zum Decodierer Decod. Vor der Informationsübertragung wird eine Identifizierung und eine Auswahl der Gerätefunktion vorgenommen. Auf diese Prozeduren wird nicht näher einge­ gangen. Insbesonders wird dies im Zentralsteuerwerk ZSt gespeichert und von dort wieder die Informationsverarbeitung gesteuert. Bei der vorliegen­ den Erfindung wird bei Grauempfang die decodierte Information in den Um­ wandler für das Ditherverfahren Di gegeben und von dort in die Aufzeich­ nungseinheit übertragen.

Man kann weiß/schwarz als auch Grauvorlagen mit einem Blatt bei entspre­ chender Kennzeichnung z. B. mit einem Graphit/Magnetstift senden. Beim Errei­ chen dieser Markierung wird vor Beginn der nächsten Zeile ein besonderes Kriterium übertragen, so daß dann auf weiß/schwarz umgeschaltet wird. Im vorliegenden Fall werden sowohl für die weißen als auch die schwarzen Lauflängen dieselben Codewörter vorgesehen. Dies ist dadurch möglich, weil durch das Lauflängenprinzip immer nach einer weißen Lauflänge eine schwar­ ze Lauflänge folgt und jede Zeile mit einer weißen Lauflänge bzw. weißem Codewort beginnt. Bei der Zuordnung der Codewörter wird man dann auch die Häufigkeit des Vorkommens berücksichtigen. 2 schwarz ist mit 11 co­ diert, bei weiß wird man z. B. der 11 die Ziffer 3 zuordnen. Bei der Um­ schaltung auf eine andere Auflösung kann dann wieder eine andere Zuordnung erfolgen. In den Fig. 5 und 6 sind Zuordnungsbeispiele dargestellt.

In der Fig. 5 sind die Ausgänge der Auswertungen 1sw bis 6sw, 2ws usw. dar­ gestellt. Die Folge wird durch h-Potential an ws und sw markiert. Wurde 1sw ausgewertet und ist die Folge ws, so wird das Gatter G1 und damit 2w markiert. Ist die Folge sw, so wird das Gatter G2 und damit 1s markiert. Wird 2ws ausgewertet, so wird in Abhängigkeit von der Folge entweder 8w oder 7s markiert.

In der Fig. 6 ist zu der Fig. 5 zusätzlich noch eine Abhängigkeit von der Auflösung dargestellt. Bei einer Auflösung 8 und einer Folge ws und einer Auswertung von 3sw werden die Gatter G1 und G3 wirksam und damit ws4 mar­ kiert. Bei einer Auflösung 16 hingegen würden die Gatter G2 und G5 wirk­ sam und damit mit 3sw ws7 markiert. Die Häufigkeit ändert sich ja bei ei­ ner anderen Auflösung.

Farbige Bilder und Vorlagen können mit Kameras oder auch nach dem CIS-Sy­ stem durch abwechselnden Vorsatz von Filtern in den Transmissionsfarben rot, grün und blau aufgenommen werden. Bei der vorliegenden Erfindung geht es um die Verarbeitung der analogen Werte der Farbauszüge. Die Farbfernseh­ systeme NTSC, SECAM und PAL sind bekannt. Bei Telefax ist es zweckmäßig die Farbauszüge in Form von 3 Graubildern und zwar vom Rotauszug, Grünaus­ zug und Blausauszug zu übertragen. Bei einem Farbempfänger wird man die zyklisch vertauscht vom Sender empfangenen Werte unmittelbar an die ent­ sprechenden Ablenkeinrichtungen legen. Bei Farbaufzeichnungen ist es je­ doch zweckmäßig die 3 Graufarbauszüge einer Vorlage oder eines Bildes hintereinander zu übertragen. Bei analoger Übertragung wird man die Abgrif­ fe in eine unipolare PAM umwandeln und in der Folge auf die Amplituden von 2 um 90° phasenverschobenen Codierwechselströmen übertragen, die für die Übertragung addiert werden. Dieser Summenwechselstrom kann dabei unmittel­ bar oder mittels Träger gesendet werden. Bei digitaler Codierung ist es zweckmäßig zuerst einen Binärcode z. B. entsprechend der Fig. 2, zu bilden und diesen mit einem mehrstufigen, z. B. Phasen/Amplitudencode zu übertra­ gen.

Bei einer Weiß/Schwarz-Übertragung wird man natürlich nur weiße bzw. nur schwarze Zeilen zusammenfassen. Man würde dann, wie bereits schon beschrie­ ben, vor oder nach dem Codewort für weiß 1728 die codierte Zahl der weißen Zeilen setzen. Bei Schreibmaschinenseiten mit einem Abstand von 4 mm würden bei einer Auflösung 8 zwischen den geschriebenen Zeilen 32 weiße Faxzeilen entstehen. Dadurch wäre eine große Zeiteinsparung möglich. In der PCT-Anmeldung WO 93/04572 sind ebenfalls diesbezügliche Ausführungen mit derselben Priorität wie bei der vorliegenden Anmeldung gemacht. Diese wurde bereits am 18.03.93 veröffentlicht.

In der Fig. 13 ist ein unipolarer Phasen/Amplitudencode dargestellt. Er besteht aus den 3 Phasenstufen Ph, -Ph, +Ph und aus 2 Amplitudenstufen 0,1 die 3. Amplitudenstufe ist keine aktive, sondern eine Redundanzstufe zur Kennzeichnung einer Phasenkennzustandsänderung. 1 bis 13 sind die Takte, der Abstand derselben entspricht der normalen Periodendauer bzw. Phase Ph, diese ist mit n bezeichnet. Die Phase von -Ph sind 3 Einheiten und die von +Ph 5 Einheiten, die Normalphase sind 4 Einheiten. Der Code ist in Form von Treppensignalen dargestellt. Die Codierung beginnt im Beispiel mit Ph0, also Normalphase/AMPlitude 0. Die folgende Codierung ist -Ph0, Amplitude 0, da keine Kennzeichnung für die Phasenänderung vorhanden ist, muß eine Amplitudenänderung diese anzeigen, also sozusagen wird die Re­ dundanzstufe herangezogen. Diese Änderung wird durch die Amplitudenstufe 1 markiert. Würde z. B. gleichzeitig die Amplitudenstufe 1 vorgesehen, so müßte dies durch eine Änderung von 2 Amplitudenstufen gekennzeichnet wer­ den. Da -Ph durch 3 Einheiten markiert wird, muß dies auch wieder mar­ kiert werden, d. h. in Abhängigkeit ob das folgende Codeelement die Ampli­ tudenstufe 0 oder 1 hat, wird auf die Amplitudenstufe 0 oder 2 geschalt­ tet. Im Beispiel hat das folgende Codeelement dieselbe Phase -Ph und denselben Amplitudenwert 0. Wenn also die normale Periodendauer mit 4 Einheiten beibehalten wird, bedeutet dies, daß die Phasenverschiebung von -Ph weiterhin gilt. Das nächste Codeelement hat die Phase -Ph und die Amplitude 1, also -Ph1, d. h. die Amplitudenänderung geht von 0 auf 1 und da sich die Phase nicht ändert ist die Periodendauer wieder 4 Einheiten. Beim nächsten Codeelement ändert sich nur die Amplitudenstufe von 1 auf 0. Die Phase ist dieselbe. Beim folgenden Codeelement ändert sich die Phase von -Ph auf +Ph und die Amplitude von 0 auf 1. Dies wird gekennzeichnet durch 2 Amplitudenstufen und durch 6 Einheiten und zwar + 1 Einheit zur Erlangung der Normalphase und eine Einheit zur Erlangung der + Phase. Wür­ de man nur eine Amplitudenstufe erhöhen, so würde man damit nur die Am­ plitudenstufe 0 kennzeichnen. Da die nächsten beiden Codeelemente die +Ph Phase und die Amplitudenstufe 1 beibehalten, ist nach den 6 Einheiten nur eine Amplitudenänderung auf 1 erforderlich. Das folgende Codeelement ist -Ph0. Von der +Ph-Phase ist -Ph um 2 Einheiten entfernt, die Änderung darf daher nur 2 Einheiten betragen. Diesmal wird mit der Amplitudenstufenände­ rung auf 0 gleichzeitig auch die Phasenänderung angezeigt. Bei einer Ampli­ tudenänderung auf 1 würde die gestrichelte Linie gelten. Das nächste Code­ element ist Ph0, d. h. es muß 5 Einheiten lang sein. Eine Änderung des Am­ plitudenwertes erfolgt nicht. Bei einer Amplitudenstufenänderung auf 1 müßte die Amplitudenstufe 2 angeschaltet werden. Dies ist beim nächsten Codeelement Ph1 der Fall. Beim Empfänger müssen natürlich die Einheiten n mit dem Sender synchronisiert werden. Als Impulse können natürlich auch Wechselstromimpulse vorgesehen werden. Auf die Erzeugung dieser Treppen­ signale wird bei der Beschreibung der Fig. 10 eingegangen.

Welche Kombinationen sind nun durch diesen Code möglich. 2 verwertbare Am­ plitudenstufen und 3 Phasenstufen stehen je Codeelement zur Verfügung. Die Basis ist 6. bei 2 Stellen sind 6 hoch 2 = 36 Kombinationen, bei 3 Stellen 6 hoch 3 = 216 Kombinationen usw. Man kann nun 2 solcher Kanäle für die Codierung vorsehen diese dann 2 gleichfrequenten Trägern, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind, aufmodulieren. Für die Übertragung werden die beiden Träger dann addiert. Für die Auswertung auf der Empfangsseite ist dann eine Bezugsphase, wie beim Farbfernsehen der Burst, erforderlich. Die Basis ist dann 12. Das Prinzip dieser QAM-Übertragung und ein Vektor­ diagramm sind in den Fig. 8 und 12 dargestellt, die später beschrieben wer­ den. Auch die Methode des Patentes DE 29 38 776 kann durch die vorliegende Erfindung erweitert werden. In diesem Patentwerden die Zeichen durch eine vorbestimmte Codekombination aus zwei oder mehreren ein, zwei oder mehrstelligen Kennabschnitten, die seriell oder/und parallel angeor­ dnet sein können, gebildet. Die Codierung erfolgt dabei durch die Zahl der Kennabschnitte, durch die in ihnen enthaltenen Codeelemente (Schritte) und durch die örtliche Lage der Kennabschnitte.

In der Fig. 14 ist eine bipolare Anordnung der Treppensignale, so daß die Stufenzahl wesentlich erhöht wird. Die Amplitudenstufen sind dann mit 0/-0, 1/-1 bezeichnet. Allerdings können bei einer QAM-Übertragung von 2 derartigen Kanälen Phasensprünge von über 300° vorkommen. Eine Methode bei der Phasenfehler zum großen Teil kompensiert werden ist in der Fig. 7 dar­ gestellt. In den Fig. 7a und 7b sind 2 Treppenimpulsfolgen P1, P2, P3, . . . dar­ gestellt, die 2 Trägerwechselströmen der Fig. 7c und 7d aufmoduliert wer­ den. Die beiden Träger werden in der Folge summiert (Fig. 7e). Ein Wech­ selstrom, der die Bezugsphase aufweist, entsprechend dem Burst beim Farb­ fernsehen, ermöglicht beim Empfänger in bekannterweise die Auswertung der Information. Die beiden Trägerwechselströme beim Sender sind gegeneinan­ der um 90° phasenverschoben. Jedem Treppensignal wird dabei vorzugswei­ se ein ganzzahliges Vielfach von Perioden der Träger zugeordnet. Die Aus­ wertung der Phasenlage erfolgt dabei erst bei der letzten bzw. einer der letzten Perioden des Summenwechselstromes. In der Fig. 7 haben die Treppen­ signale dieselbe Periodendauer, auch der Abgriff beider Signale ist syn­ chron. Aus der Fig. 7e geht hervor, daß jeweils 3 Perioden auf eine Perio­ dendauer eines Treppensignales treffen (3P). Man kann auch die Codeelemen­ teänderungen so legen, daß noch für Einschwingvorgänge beim Summenwechsel­ strom Zeit vorhanden ist. An Hand der Fig. 15a wird dies erläutert. Einem Codeelement sind in diesem Beispiel 4 Einheiten zugeordnet, 1, 2, 1-1, 2, 1 , . . In der Zeit 2 erfolgt keine Änderung, so daß dann diese Zeit für Einschwing­ vorgänge zur Verfügung steht. Wie in der Fig. 13 sind Codeelemente -Ph, Ph und +Ph vorgesehen, d. h. Phasensprünge entsprechend den Periodendauernände­ rungen -1 und +1. In der Fig 13 ist beim Abstand 9 der kleinste mögliche Ab­ stand zwischen Änderungen dargestellt. Bei einer QAM-Übertragung ist es deshalb zweckmäßig die Takte 1-13 bzw. n1, bis n13 bei beiden Treppen­ signalfolgen zu synchronisieren. Sind die Trägerfrequenzen ein Vielfaches der Taktfrequenz ist zwischen Änderungen immer Zeit für Einschwingvorgänge. Man kann die Stufenzahl noch dadurch erhöhen, indem man z. B. die Perioden­ dauern, im Beispiel der Fig. 13 -Ph, Ph, +Ph in vorbestimmte Zahlen von Impul­ sen oder Perioden unterteilt, z. B. bei Fig. 15b J1-Jn, bei einer Stufe sind es für die Periodendauer Ph 5 Impulse, eine andere Stufe hat dann z. B. 10 Impulse. Die Erzeugung kann dabei mit einer Schaltung entsprechend der Fig. 10 erfolgen. Außerdem können z. B. weitere Stufen gebildet werden, wenn ein Codeelement aus 2 oder mehr Periodendauern gebildet wird, z. B. in Fig. 13, 2/3, 4/5, usw.

In der Fig. 16 ist das Prinzip einer weiteren Codiermethode dargestellt. Die Stufen werden hier durch eine Vielzahl von Perioden in Verbindung mit Phasenstufen und Amplitudenstufen, wobei auch das Prinzip der Redundanz­ stufe der Fig. 13 mit vorgesehen ist. Die Stufen sind hierbei 100 Perioden mit Normalphase, voreilender und nacheilender Phase, und mit Amplituden stufen 0 und 1. Die Redundanzstufe dient wieder zur Kennzeichnung einer Phasen bzw. Periodenzahländerung. Dasselbe gilt für 50 und 75 Perioden. In der Fig 18 ist das Prinzip der Summierung von kleinen Phasensprüngen zu einer Phasenstufe dargestellt. Wird z. B. die Normalperiodendauer T auf eine Periodendauer T1 reduziert, was z. B. 10° entspricht, so kommt bei 4 Periodendauern ein Phasenunterschied gegenüber dem Wechselstrom mit der Periodendauer T von 40° zusammen. Auf dieser Basis erhält man z. B. in der Fig. 16 die vor- und nacheilenden Phasensprünge. Die Auswertung auf der Empfangsseite erfolgt wieder mit einer Bezugsphase (z. B. Burst).

Wenn ein Codeelement aus 2 oder mehr Periodendauern gebildet wird, kann aus der seriellen Lage der Periodendauern weitere Stufen gebildet werden. In der Fig. 17 ist eine Prinzipschaltung zur Erzeugung von phasenverschobe­ nen Wechselströmen dargestellt, wie sie z. B. bei der QAM benötigt werden. Alle Ausgänge eines Zählgliedes Z bilden die Zeit einer Halb- bzw. Perio­ dendauer von Rechteckimpulsen. Werden nun bei 100 Ausgängen beim 75. und 100. Ausgang elektronische Relais ER3 und ER4 gesteuert, so ist der Ab­ stand der in den ER-Relais erzeugten Impulsfolgen 90°. Die Frequenz die­ ser Impulsfolgen wird durch die Steuerfrequenz für das Zählglied bestimmt.

Im Oszillator Osc werden die Steurimpulse erzeugt und über das Gatter G an das noch Beginnpotential über B geschaltet wird, an das Zählglied ge­ führt. Im Beispiel werden noch an den Ausgängen 25 und 50 weitere phasen­ verschobene Wechselströme erzeugt. Die Filter Fi1 bis Fi4 sorgen dafür daß die Rechteckimpulse sinusförmig werden. Durch Oberwellenaussiebung Fi0 kann man noch höherfrequente Wechselströme erzeugen.

In der Fig. 8 ist das Prinzip der QAM, also die Addition von gleichfrequen­ ten Wechselströmen dargestellt. V und U sind die beiden um 90° phasenver­ schobenen Wechselströme. Man sieht hieraus, daß beim Nulldurchgang von V der Wechselstrom U den Amplitudenwert UA aufweist. Beim Nulldurchgang von U hat der Wechselstrom V den Amplitudenwert. Dies wird in bekannterweise bei der Auswertung auf der Empfangsseite mit Hilfe einer Bezugsphase ausgenützt. Die beiden Wechselströme können dann durch Messung der Amplituden wieder getrennt werden. Der Summenwechselstrom SU hat dieselbe Frequenz wie die Wechselströme U und V.

In der Fig. 9 sind 5 binärcodierte Kanäle dargestellt. Mit einer mehrstufi­ gen Codierung z. B. mit 10 Bit könnte man die Binärcodelemente I+II mit ei­ nem mehrstufigen Codeelement codieren. Man könnte auch vom Kanal 1 10 se­ riell angeordnete Binärcodelemente mit einem mehrstufigen 10-Bit-Codelement übertragen.

In der Fig. 11 ist ein duobinärer Impulscode dargestellt. Die Sollgröße der Impulse ist 1/3, 2/3 und 3/3. Schraffiert eingezeichnet sind die Größe von Störungen S. Die reale Impulsgröße liegt dann bei 1/6, 3/6 und 5/6. Auch bei der Funkübertragung dürfte, wie aus der Fig. 11 ersichtlich ist, die in der Fig. 13 mit verwendete duobinäre Amplitudencodierung keine Schwie­ rigkeiten machen.

In der Fig. 12 ist ein Vektordiagramm für die QAM dargestellt, mit der 2 unipolare Impulsfolgen entsprechend der Fig 13 übertragen werden. Man sieht hieraus, daß die Phasenverschiebung des Summenwechselstromes nur von SU3 bis SU4 geht. Die Einschwingvorgänge sind hier wesentlich kleiner als wenn Phasensprünge bis beinahe 360° entstehen, wie z. B. bei einem bipolaren Phasen- Amplitudencode der Fig. 14.

In der Fig. 10 ist die Prinzipschaltung für die Erzeugung von Codeelemen­ ten wie sie in der Fig. 13 verwendet werden. Im Zählglied Z werden die Pe­ riodendauern in Verbindung mit dem Codierer Cod festgelegt. Die größte vorkommende Periodendauer tritt beim Takt 6 auf. Hierfür ist der Ausgang Z2 vorgesehen. Der Einfachheit halber werden für die 6 Einheiten 60 Aus­ gänge verwendet. Im Codierer Cod wird immer festgelegt welcher Ausgang aufgrund des Codes markiert werden muß. Bei 6 Einheiten wird an g2 ein solches Potential angelegt, daß in Zusammenwirken mit dem Z2-Potential das Gatter G2 wirksam wird. Damit wird dann am elektronischen Relais ER1 das Ende der 6 Einheiten markiert. Vom Codierer wird zugleich über A zu ER1 ein Kennzeichen am Impulsanfang gegeben, daß der Impuls 6 Einheiten die Amplitude 2 (A)+++ erhält. Im Beispiel sind dann einer Einheit 10 Aus­ gänge am Zählglied zugeordnet. Wenn mehrere gleiche Codeelemente in der Folge vorkommen, so wird dies vom Codierer über A unmittelbar zu ER1 ge­ geben, so daß dann keine Amplitudenänderung durchgeführt wird. Bei 5 Ein­ heiten wird vom Codierer Cod über g3 das Gatter G3 wirksam geschaltet, d. h. der Treppenimpuls wird dann verändert. Mit dem 1. Steuerimpuls am Zähl­ glied nach der Rückschaltung, die jeweils über das Gatter 4, R erfolgt, wird über A für den jetzt beginnenden Treppenimpuls die jeweilige Ampli­ tude an ER1 markiert. Auf diese Weise ist es möglich über die Zählglied­ ausgänge alle Periodendauern in Verbindung mit dem Codierer zu steuern, während die Steuerung der Amplitudengröße unmittelbar vom Codierer am elektronischen Relais ER1 vorgenommen wird. Auch die Kleinimpulse der Fig. 15 J1-Jn können mit den Ausgängen in Verbindung mit dem Codierer ge­ steuert werden. Sollen 2 Treppenimpulsfolgen nach der Fig. 13 z. B. auf der Basis der QAM übertragen werden, so ist eine 2. Schaltung mit ER2 erfor­ derlich. Die am Ausgang der ER-Relais auftretenden Treppenimpulsfolgen werden dann den Modulatoren M01 und M02 zugeführt. Über den Generator G erhalten sie dann die Trägerwechselströme, der eine um 90° phasenverscho­ ben. Vom Modulator gehen beide an den Addierer und als Summenwechselstrom auf den Übertragungsweg.

Am Beispiel der Fig. 13 wird nun der Kombinationscode mit nur einem Wechsel­ strom die Stufen Phasenlagen, Zahl von Perioden und Amplitudengröße dar­ zustellen erläutert. In der Fig. 13 würden also noch zusätzlich die Stufen "Zahl von Perioden" dazukommen, die für jede Phasenlage eine andere sein kann. In der Fig. 13 kommen 2, 3, 4, 5 und 6 Einheiten für die Phasenlage vor. Wählt man auch verschiedene Frequenzen für die"Zahl von Perioden", so könnte man bei der Fig. 13 z. B. bei 2 Frequenzen pro Einheit einmal 4 Perioden und einmal 6 Perioden wählen. Bei 2, 3, 4, 5 und 6 Einheiten ergibt dies einmal 8, 12, 16, 20 und 24 Perioden und bei 6 Perioden je Ein­ heit 12, 18, 24, 30, 36 Perioden. So würde z. B. +Ph1 über dem Takt 6 einmal mit 24 und einmal mit 36 Perioden bestimmter Amplitudengröße dargestellt. Die Periodendauer und die Zahl der Perioden können gemessen werden. Dies reicht aus, um die jeweiligen Stufen zu ermitteln.

Die Erzeugung dieser Perioden kann auf der Basis der Fig. 10 erfolgen. Man kann beim Sender auch Mittel vorsehen, die sowohl eine Lauflängenco­ dierung nach den Gruppen 3 und 4, als auch eine solche, bei der für weiß und schwarz dieselben Codewörter vorgesehen werden. Die Codewörter können dabei auch unterschiedlichen Zahlen zugeordnet werden, weil ja die Häufigkeit des Vorkommens für weiß und schwarz verschieden ist.

Beim Empfänger müssen dann Mittel vorgesehen werden, die die Auswertemit­ tel so umschalten, daß die beim Sender markierte Lauflänge markiert wird.

Claims (11)

1. Verfahren zur Codierung und Übertragung von Information, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Halbtöne bei Telefax auf der Sendeseite entweder unmittelbar mit dem Quantisierungswert nach dem Lauflängenprinzip oder nach einem beliebigen Verfahren codiert und in der Folge mehrstufig übertragen wird und daß auf der Empfangsseite Mittel vorgesehen werden die das Signal nach der Auswertung unmittelbar oder mittelbar in be­ kannterweise in Bildpunkte nach dem Dither-Verfahren umwandeln.

2. Verfahren zur Codierung und Übertragung von Information, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei digitaler Codierung der Information bei einer Folge von gleichen Codeelementen, gleichen Codewörtern, gleichen Zeilen mit gleichen oder unterschiedlichen aber synchron gleichen Codewörtern in der Folge, auch nach den MHC-, MRC- und MMR-Verfahren, eine Zusammenfas­ sung in der Weise erfolgt, ggf. unter Zwischenspeicherung, indem vor oder nach dem jeweiligen Codeelement, Codewort oder codierten Zeile usw. die Zahl der Folgen verschlüsselt vorgesehen wird.

3. Verfahren zur Codierung und Übertragung von Information, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Codierung von Daten, digitalisierte Sprache, Vor­ lagen und Bildern, auch in Farbe, durch einen mehrstufigen Kombinations­ code mit den mehrstufigen Codeelementen, vor-nacheilende oder gleiche Phasenlage, insbesondere dargestellt durch Periodendauern, und/oder aus einer unterschiedlichen Zahl von Perioden gleicher oder verschiedener Frequenz in Verbindung mit Amplitudenstufen, wobei eine Amplitudenstufe als Redundanz bzw. Quasistufe zur eindeutigen Kennzeichnung von bestimm­ ten Codekombinationen verwendet wird.

4. Verfahren zur Codierung und Übertragung von Information, dadurch ge­ kennzeichnet, daß den Codewörtern oder den Quantisierungswerten eine oder mehrere Redundanzstufen so zugeordnet werden, daß parallel ein- oder mehrstellige Reihen (Fig. 2) mit einer Vielzahl von gleichen Code­ wortteilen zustandekommt und daß diese für die Übertragung so zusammen gefaßt werden, daß vor oder hinter dem Codewortteil die Zahl der Gleichen in der Folge verschlüsselt zugesetzt wird und so übertragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrstu­ fige Kombinationscode nur durch einen Wechselstrom dargestellt wird, in­ dem die Dauern der Phasenlagen durch eine ganzzahlige Zahl von Perioden eines Wechselstromes 2er oder mehrerer Frequenzen bestimmt werden und die Amplitudenstufen durch die Amplituden der Zahl von Perioden.

6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 3 bei einem Kombinationscode beispielsweise bei einem Amplituden/Phasencode, dadurch gekennzeichnet, daß die Information unipolar oder bipolar zu Treppenimpulsen in der Wei­ se umgewandelt wird, indem die Phasen durch unterschiedliche Perioden­ dauern dargestellt werden, wobei bei gleichbleibenden Phasenstufen in der Folge nur mit der 1. Periodendauer die Phasenlage der Folge bestimmt wird und die übrigen Phasenstufen wieder die Periodendauern der Normal­ phase erhalten.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus der codierten Information 2 Kanäle gebildet werden, die für die Über­ tragung je einem Träger derselben Frequenz, die gegeneinander um 90° phasenverschoben sind, aufmoduliert werden und daß die modulierten Trä­ ger addiert werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Treppenimpulse weitere Stufen gelegt werden, beispielsweise eine unterschiedliche Zahl von Impulsen.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Treppenimpulse so angeordnet sind, daß zwischen Änderungen beider bzw. eines der Treppenimpulse der Folgen immer eine vorbestimmte Zahl von Perioden der Träger liegen.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombinationscode aus 2 oder mehreren ein, zwei oder mehrstelligen Kennabschnitten gebildet wird, wobei die Codierung durch die Zahl und die örtliche Lage der Kennabschnitte ihrer Länge und Amplitudengröße gebildet wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Sender Mittel vorgesehen sind, die sowohl eine Lauflängencodierung nach den Gruppen 3 und 4, als auch eine solche, bei der für weiß und schwarz dieselben Codewörter vorgesehen werden, wobei den Codewörtern auch unterschiedliche Zahlen zugeordnet sein können, zulassen und daß beim Empfänger Mittel vorgesehen werden, die die Auswertemittel so um­ schalten, daß die beim Sender markierte Lauflänge markiert wird.