DE600042C - Verfahren zur gleichzeitigen UEbertragung von Signalen und Zeichenstroemen in Fernseh- oder Bilduebertragungsanlagen - Google Patents

Description

4 AUG. 1934

Die Erfindung bezieht sich auf Fernseh- und Bildübertragungsanlagen und bezweckt eine gute Ausnutzung des Frequenzübertragungsbandes.

Es wurde gefunden, daß sich bei der durch die bekannte periodisch, ζ. Β. zeilenweise erfolgende Bildabtastung und Umwandlung der Lichtwerte der Bildelemente in elektrische Stromveränderungen der größte Teil der Energie in mehreren abgegrenzten Frequenzbändern auftritt, die durch unbenutzte Intervalle getrennt sind. Hierbei ist die Lage der Bänder im Frequenzspektrum von der BiId- und Zeüenfrequenz abhängig. Die Energiekonzentrationen entstehen also in den Bereichen der Bildfrequenz und einiger Harmonischen davon sowie in den Bereichen der Zeilenfrequenz und einigen Harmonischen dieser Frequenz.

Durch vorliegende Erfindung werden die erwähnten Zwischenräume des Frequenzbandes für andere Zwecke ausgenutzt, beispielsweise für die Übertragung von Synchronisierungsstrom oder anderen Signalen.

Die Übertragung solcher Signalströme kann über denselben Weg und in derselben oder in entgegengesetzter Richtung erfolgen. Die Erfindung gibt auch Mittel an zur Erzeugung von Strömen der obengenannten Art.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

Die Abb. 1, 2, 3, 4, 5 und 6 zeigen Stromfrequenzkurven, welche entstanden sind durch Zeilenbildabtastung verschiedener Gegenstände. Folgende Gegenstände sind dargestellt: ein fächerförmiges Gebilde, ein Gebilde in der Form eines Doppelkeiles, ein Doppelkeil, der etwa zwei Umdrehungen in der Sekunde ausführt, ein grauer Hintergrund, ein menschliches Gesicht und eine Person, welche sich schnell bewegt.

Abb. 7 zeigt eine Stromfrequenzkurve, welche entstanden ist durch Zeilenbildzerleguhg eines gewöhnlichen Gegenstandes. Gleichzeitig mit dem hierdurch gegebenen Strom sind drei andere überlagerte Ströme von einem verhältnismäßig engen Frequenzbereich vorhanden.

Abb. 8 zeigt schematisch die Sendeeinrichtung einer Fernsehanlage, in welcher gemäß der Erfindung gleichzeitig mit dem Fernsehstrom mehrere zusätzliche Signalströme über denselben Stromkreis gesandt werden.

Abb. 9 zeigt schematisch die Empfangseinrichtung, welche beispielsweise mit der Sendeeinrichtung in Abb. 8 zusammenwirken kann und gleichzeitig mit dem Fernsehstrom meh-

rere zusätzliche Signalströme über denselben Stromkreis empfangen kann.

Abb. io stellt eine Filterschaltung dar, welche in der Anlage gemäß Abb. S verwendet wird, um die Sendeapparatur mit der Übertragungsleitung zu verbinden.

Abb. Ii stellt eine Filterschaltung dar, welche an Stelle der Abb. io verwendet werden kann.

Abb. 12 zeigt die Filterschaltung, welche in der Anlage gemäß Abb. g beim Empfänger verwendet wird.

Abb. 13 zeigt eine Filterschaltung, welche an Stelle der in Abb. 12 dargestellten venvendet werden kann.

Die Stromfrequenzkurven in den Abb. 1 bis 6 zeigen Frequenzen zwischen 100 und 5000 Hertz, die der photoelektrische Strom bei der Zerlegung gewöhnlicher Gegenstände ao liefert. Die Kurven zeigen nicht das Frequenzband in der Xähe der Zeriegungsfrequenz, weil selbstverständlich Frequenzen in diesem Bereich vorhanden sein müssen. Die Stromstärke ist als Ordinate aufgetragen, während die Frequenzen in logarithmischem Maßstab durch die Abszisse dargestellt sind. Die Energiekonzentrationen für gewöhnliche Gegenstände wie die hier dargestellten treten in engen Frequenzbändern auf, die im gesamten Frequenzspektrum im wesentlichen dieselbe Stellung einnehmen und dieselbe Breite aufweisen, ohne Rücksicht darauf, ob der Gegenstand sich in Ruhe oder Bewegung befindet. Diese Stromfrequenzkurven wurden durch Versuche hergestellt und sind für gewöhnliche Gegenstände in Ruhe oder Bewegung kennzeichnend, die etwa 2omal in der Sekunde in 50 parallelen Zeilen abgetastet werden. Durch diese^v Zerlegung werden Energiekonzentrationen in der Nähe der Zeilenfrequenz von 1000 Hertz und bei den Harmonischen von 2000, 3000 usAv. Hertz erzeugt. Wird bei demselben Apparat die Bildfrequenz beispielsweise von 20 auf 30 erhöht, so beträgt die Zeilenfrequenz 1500 Hertz und die Harmonischen betragen 3000, 4500 Hertz. Die als Versuchsergebnisse dargestellten Kurven haben bei den Frequenzen, bei welchen die Energiekonzentrationen stattfinden, eine Bandbreite, welche einen kleinen Teil der Zeilenfrequenz beträgt. Die Zwischenräume mit der geringen Energie bilden dagegen ein verhältnismäßig breites Frequenzband. Jedes dieser Bänder besteht wahrscheinlich wieder aus getrennten, engen Bändern, von denen jedes eine Energiespitze besitzt bei einer Frequenz, die ein Vielfaches der Bildfrequenz ist. So können z. B. die Bänder in den Bereichen um 1000, 2000, 3000 ;₀ usw. Hertz herum, wenn die Zeüenfrequenz 1000 und die Bildfrequenz 20 Perioden beträgt, aus engen Bändern zusammengesetzt sein, deren Maxima um ein Vielfaches von 20 von den Werten. 1000, 2000, 3000 usw. entfernt sind. Diese engen Bänder erweitern sich etwas, wenn sich die abgetasteten Gegenstände bewegen.

Abb. 7 zeigt eine typische Stromfrequenzkurve eines durch Zerlegung eines gewöhnlichen Gegenstandes entstandenen photoelekirischen Stromes und dreier anderer Ströme, welche Zwischenräume im Spektrum dieses photoelektrischen Stromes einnehmen. Bei 1500 Perioden tritt ein Synchronisierstrom auf, der ein sehr schmales Band einnimmt, und bei 2500 und 3500 Perioden treten TeIe-• graphenbänder auf, die eine Breite von etwa 200 Perioden haben. Die zusätzlichen Ströme befinden sich zweckmäßig ungefähr in der Mitte zwischen den Energiekonzentrationen. Dadurch können verschiedene Ströme übertragen und in der Empfangsstelle getrennt werden, ohne daß sie sich einander beeinflussen. Die Ausnutzungsmöglichkeit des Übertragungsweges wird somit durch die Erfindung wesentlich erhöht.

Die Fernsehsendestation in Abb'. S weist eine Apparatur auf, welche eine Bildabtasteinrichtung, Photostromverstärker und Sendesowie Empfangsapparate für telegraphischen Verkehr enthält. Die verschiedenen Einrichtungen sind über Filter mit der Übertragungsleitung verbunden. Ein belichteter Gegenstand 10, dessen Bild übertragen werden soll, wird mittels des Zerlegungsapparats 20 abgetastet, und zwar in bekannter Weise über Linsensystem 11, Blende 13 und Linse 12. Zwecks Erzeugung eines Synchronisierstromes, der die Geschwindigkeit der Empfangseinrichtung steuert, ist auf der Welle der Zerlegung^- scheibe 21 und des Antriebsmotors 22 ein Wechselstromgenerator 23 angeordnet. Der in der lichtempfindlichen Zelle 30 erzeugte photoelektrische Strom wird in Verstärkern 40, 50 und 70 verstärkt. Der Ausgangsstromkreis der lichtempfindlichen Zelle 30 enthält Batterien 31 und 42 und den Widerstand 33. Die Batterie 51 liefert Anodenstrom an die Verstärker. Wenn der verstärkte Photostrom, den letzten Verstärker 70 verlassen hat, der seinen Anodeiistrom von der Batterie 71 erhält, wird er durch die Übertragerspule 80 und die Füterschaltung 90 der Übertragungsleitung 100 zugeführt. Die Filterschaltung 90 ist so bemessen, daß sie Ströme innerhalb des gesamten Bereiches des photoelektrischen Stromes bzw. Frequenzbandes durchläßt.

Der Zwischenraum zwischen den Bildstromfrequenzbänd'irn in der Nähe von 1000 und Hertz kann für die Übertragung des vom Generator 23 erzeugten Synchronisierstromes verwendet werden, der in diesem Falle zweck-

mäßig eine Frequenz von 1500 Perioden haben muß. Er wird über ein Bandfilter 11 o, eine Übertragerspule 111, Filterschaltung 90 und von dieser auf die Übertragungsleitung 100 geführt. Widerstände 115 und 116 in Reihe und ein Widerstand 117 im Nebenschluß sind in den Ausgangsleitungen des Generators 23 vorgesehen, um den Scheinwiderstand zu regeln. Zwischen Sende- und Empfangsstation ist noch ein besonderer Telegraphenweg für Dienstgebrauch angeordnet. Zwei andere Zwischenräume des photoelektrischen Stromes dienen zur Übertragung dieses Telegraphensignalstromes, der zwischen den Frequenzen 2000 und 3000 bzw. 3000 und 4000 untergebracht wird. Für ausgehende Telegraphensignale wird ein Trägerstrom von 2500 Perioden, für ankommende Telegraphensignale von 3500 Perioden benutzt. Der Telegraphensender ist durch die Taste 120 angedeutet, welche den Ausgangsstromkreis des Schwingungserzeugers 121 steuert. Dieser Strom wird durch das Bandfilter 122 gesandt, welches den Trägerstrom von 2500 Perioden und Seitenbänder von ausreichender Breite durchläßt. Die ausgesandten Telegraphensignale werden durch die Übertragerspule 123 mit der Filterschaltung 90 und dann der Übertragungsleitung 100 zugeführt. Die arikommenden Telegraphensignale werden vom Empfänger 130 aufgenommen, der über die Übertragerspule 131 mit der Filterschaltung 90 in Verbindung steht, die ankommende Frequenzen zwischen 3300 und 3700 Hertz hindurchläßt. Die Filterschaltung 90 ist derart eingerichtet,, daß sie ausgehende Signale zwischen 20 und 20000 Perioden übermittelt. Dieses Frequenzband enthält sämtliche Frequenzen, die bei der Übertragung des photoelektrisehen Stromes, des Synchronisierstromes und der Telegraphenströme von Wichtigkeit sind. Die Empfangsstation nach Abb. 9 ist über die Übertragerspulen 201 und 223 mit der Übertragungsleitung 100 verbunden. Die FiI-terschaltung 210 läßt sämtliche ankommenden Frequenzen ζλνΪΒοΙιεη 20 und 20000 Perioden durch mit Ausnahme eines Bandes von 3300 bis 3700 Hertz. Dieses Band dient dem Telegraphenverkehr zwischen der Fernsehempfangsstation und der Sendestation. Der ankommende photoelektrische Strom wird über die Filterschaltung 210, Verstärker 250 und zweckmäßige Steuerstromkreise der Empfangslampe 270 zugeführt. Im Nebenschluß zum Ausgangsstromkreis des Verstärkers 250 ist ein Potentiometer 251 angeordnet, mit welchem die Intensität des der Empfangslampe zugeführten Stromes geregelt werden kann. Die durch die verschiedenen Verstärkerstromkreise gesandte photoelektrische Signalwelle unterscheidet sich dadurch von dem ursprünglichen, in der lichtempfindlichen Zelle erzeugten Strom, daß die Gleichstromkomponente nicht mehr vorhanden ist. Diese muß aber wiederhergestellt werden mittels ( des Verstärkers 260. Der ankommende Bildstrom, dessen Intensität mittels des Potentiometers 251 geregelt wird, wirkt auf das Gitter der Röhre des Verstärkers 260. Der von der Batterie 261 gelieferte Anodenstrom wird ; durch die Gittervorspannungsbatterie 262 geregelt. Anstatt die Glimmlampe und die Verstärkerröhre unmittelbar in Reihe miteinander zu verbinden, kann ein Widerstand 263 im Nebenschluß zum. Ausgangsstromkreis des Verstärkers angeordnet werden. Um die Tätigkeit des Verstärkers 260 auf den linearen Teil der Kennlinie zu beschränken, ist die Vorspannungsbatterie 271 in Reihe mit der Lampe geschaltet. Die Gleichstromkomponente des Fernsehstromes wird dadurch wiederhergestellt, daß die Gittervorspannungsbatterie derart eingestellt wird, daß der erwünschte Gleichstrom durch die Lampe 270 fließt. Das Gesichtsfeld vor der Empfangslampe wird durch das Bildfenster 245 vor der Zerlegungsscheibe 241 in der Höhe der Empfangslampe 270 gegeben. Der ankommende Synchronisierstroni von etwa 1500 Perioden wird über die Filterschaltung 210 dem Verstärker 244 zügeführt, welcher mit dem den Empfangszerlegungsapparat 240 steuernden Synchronmotor 243 in Verbindung steht. Dieser beeinflußt den Antriebsmotor 242 zur Aufrechterhaltung des Synchronismus. Die ankommenden TeIe- 9; graphensignale, welche auf einem Frequenzband zwischen 2300 und 2700 Perioden liegen, werden von der Filterschaltung 210 durchgelassen und über die Übertragerspule 231 dem Telegraphenempfänger 230 zügeführt. Der Telegraphensender 220 steuert den Ausgangsstromkreis des Schwingungserzeugers 221, der einen Trägerstrom von etwa 3500 Perioden erzeugt. Dieser Strom wird durch das Bandfilter 222 gesandt, welches 10; den Trägerstrom, von 3500 Perioden und die für Telegraphensignale erforderlichen Seitenbänder durchläßt. Ausgehende Signale werden über die Übertragerspule 223 auf die Leitung 100 gegeben. iu

Zwei verschiedene Ausführungsformen der Filterschaltung 90 sind in den Abb. 10 und 11 in ihren Einzelheiten dargestellt. Die Linien X-X und Y-Y in den Abb. 8, 10 und 11 bezeichnen die Verbindungsstellen zwischen den iij Eingangs- und den Ausgangsstromkreisen. Abb. 10 zeigt eine einfache Schaltung, welche den ausgehenden photoelektrischen Strom, den Synchronisierstrom und die Telegraphensignale direkt durchläßt. Nur ein einziger ankommender Strom muß berücksichtigt werden, nämlich der Telegraphensignalstrom,

der ein Frequenzband zwischen 3300 und 3700 Perioden beansprucht. Derjenige Zweig der Filterschaltung, welcher dieses Band durchläßt, läßt den ausgehenden Signalstrom, in dem dieses Frequenzband nicht vorhanden ist, nicht hindurch. Die Schaltung steht über die Übertragerspule 91 mit den verschiedenen ausgehenden Signalstromkreisen in Verbindung und ist über die Spule 92 mit der Übertragungsleitung verbunden. Die ankommenden Telegraphensignale werden von der Schaltung auf Scheinwiderständen 93 und 94 übertragen. Diese liegen in Nebenschluß zu den Zweigen der Filterschaltung. Die eine Seite des Telegraphenempfangskreises ist mit einem der Zweige verbunden, während die andere zwischen den beiden Impedanzen abgenommen ist. In dem Bereich, zwischen 3300 und 3700 Perioden ist der Gesamtscheinwiderstand von 93 und 94 im Vergleich mit dem der Ausgangsseite der Spule9i oder der Eingangsseite der Spule 92 so klein, daß dieses Frequenzband aus dem Stromkreis verschwindet. In besonderen Fällen können die Impedanzen 93 und 94 Induktivitäten und Kapazitäten enthalten.

Die in Abb. 11 dargestellte Filteranordnung enthält einen direkten Weg für die ausgehenden Signale. Ein Zweig, der ein Bandfilter 96 enthält, läßt ein Frequenzband durch, welches zwischen 3300 und 3700 Perioden liegt. Dieses Frequenzband wird dem Empfangsapparat 130 zugeführt. Da die von dem Sender erzeugten Frequenzen nicht innerhalb des erwähnten Bandes liegen, werden nur die ankommenden Telegraphensignale von dem Bandfilter 96 durchgelassen. Sowohl ausgehende wie ankommende Signale werden über die Üb ertrager spule 92 der Leitung 100 zugeführt.

Die Filterschaltung 210 in Abb. 9 ist in den Abb. 12 und 13 in zwei verschiedenen Ausführungsformen dargestellt. Die Linien X-X und Y-Y in den Abb. 9, 12 und 13 bezeichnen die Verbindungsstellen zwischen den Eingangsund Ausgangsstromkreisen. Abb. 12 zeigt eine einfache Schaltung, welche sämtliche ankommenden Bildstromsignale direkt durchläßt. Die Zweige dieser Filterschaltung enthalten keine Scheinwiderstände, und die Verbindung mit dem zu der Empfangslampe führenden Stromkreis erfolgt über die Übertragerspule 212. Es sind hier drei Nebenschlußzweige vorhanden, von welchen jeder Scheinwiderstände enthält. Derjenige Nebenschlußzweig, welcher die Filterelemente 213 und 214 enthält, läßt das Frequenzband zwischen 3300 und 3700 Perioden nicht hindurch. Im Vergleich mit den Scheinwiderständen der Ausgangsseite der Übertragerspule 201 und der Eingangsseite der Übertrage.rspule 212 ist er klein. Dieser Nebenschlußzweig dient praktisch als Kurzschlußverbindung für beliebige Ströme innerhalb dieses Bandes und verhindert dadurch, Haft der Telegraphensender in dieser Station die Fernsehempfangslampe 270 beeinflußt. Der Nebenschlußzweig, welcher die Filterelemente 215 und 216 enthält, läßt Ströme durch, deren Frequenzen zwischen 2300 und 2700 Perioden betragen. Dies ist das Frequenzband, welches für die ankommenden Telegraphensignale verwendet wird. Diese Elemente lassen das Band zwischen 2300 und 2700 Perioden nicht hindurch. Ihr Scheinwiderstand ist im Vergleich mit dem der Ausgangsseite der Übertragerspule 201 und der Eingangsseite der Übertragerspule 212 "klein. Der Telegraphenempfänger 230 ist für ankommende Signale über diese Elementeangeschlossen. Der dritte Nebenschlußzweig, der die Filterelemente 217 und 21S enthält, ist mit dem Synchronmotor 243 verbunden und läßt ein enges Frequenzband im Bereiche von etwa 1500 Perioden durch. Die in Abb. 13 dargestellte abgeänderte Ausführungsform der Filterschaltung 210 enthält mehrere parallel geschaltete Stromkreise, von denen jeder ein Filter enthält, welches bestimmte Frequenzbänder durchläßt. Die Eingangsseite sämtlicher Filterelemente ist mit einem gemeinsamen Eingangsstromkreis verbunden, welcher mit der Übertragungsleitung 100 gekoppelt ist. Die Ausgangsseite der Filterelemente ist mit einem der drei Empfangsstromkreise verbunden. Die Fernseh.-signale werden über das Filter 313 mit der Grenzfrequenz von etwa 1300, das Filter 314 mit einer Grenzfrequenz von etwa 3700, das Bandfilter 316 mit Grenzfrequenzen von etwa 1700 und 2300 und das Bandfilter 318 mit too Grenzfrequenzen von etwa 2700 Perioden und 3300 Hertz übertragen. Diese Filterelemente lassen sämtliche Frequenzen durch, welche bei der Übertragung des photoelektrischen Stromes von Wichtigkeit sind und halten diejenigen Frequenzen zurück, welche für Synchronisier- und Telegraphierzwecke verwendet werden. Das Bandfilter 315 besitzt Grenzfrequenzen von etwa 1300 und 1700 Perioden und übermittelt den Synchronisierstrom an den Synchronisiermotor 243. Das Bandfilter 317, dessen Grenzfrequenzen etwa 2300 und Perioden betragen, gibt die ankommenden Telegraphensignale auf den Empfangsapparat 230. Mittels dieser Filterschaltung 115· werden ähnliche ankommenden Signale den verschiedenen Empfangsapparaten zugeführt, und in dieser Station erzeugte Telegraphensignale können infolge der Wirkung dieser Füteranordnung den örtlichen Empfangsapparat nicht beeinflussen. An Stelle der hier in Verbindung mit der Sende- und der Emp-

fangsstation beschriebenen Filterschaltungen können zweckmäßige Filter anderer Art verwendet werden.

Die obenerwähnten Frequenzen sind nur als Beispielswerte zu betrachten. Der photoelektrische Fernsehstrom braucht beispielsweise nicht zwischen 20 und 20000 Perioden zu liegen, und für die Synchronisier- und Telegraphenströme o. dgl. können ebenfalls andere Frequenzen zur Verwendung kommen als die hier erwähnten.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur gleichzeitigen über denselben Stromweg erfolgenden Übertragung von Signalen (z. B. Synchronisierungssignalen) und Zeichenströmen (z. B. Bildströmen) in Fernseh- oder Bildübertragungsanlagen, bei welchem die den Zeichcnströmen ent- '■ sprechenden Frequenzen eine Anzahl voneinander durch Zwischenräume in einem weiten Frequenzband getrennte Gruppen bilden und die den Signalen entsprechende Frequenz von den Zeichenstromfrequenzen verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalfrequenz so gewählt wird, daß sie innerhalb des durch die Zeichenströme geschaffenen Frequenzbandes an .einer oder mehreren Stellen liegt, die von den Zeichenstromfrequenzen unbenutzt bleiben.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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