DE8805240U1 - Videokonferenzmodul - Google Patents

Videokonferenzmodul

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DE8805240U1
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N7/00Television systems
    • H04N7/14Systems for two-way working
    • H04N7/141Systems for two-way working between two video terminals, e.g. videophone
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  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Two-Way Televisions, Distribution Of Moving Picture Or The Like (AREA)

Description

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I. Art des Gegenstandes Der Gegenstand; für den namens Und in Vollmacht der
NTS Nachrichtentechnische SystementwicklungsGmbH
Gebrauchsmusterschutz beantragt wird, 1st ein in ein einheitliches Gehäuse integriertes Sende- und Empfängsgerät zur Abhaltung von Videokonferenzen (Videokonferenzmodul).
Videokonferenzen sind Konferenzen zwischen zwei oder mehreren Teilnehmern, die sich an verschiedenen Orten befinden. Die Kommunikation erfolgt über dieselben Medien wie beim Telefongespräch, also über Kabel, elektromagnetische Wellen, Lichtwellen-^ leiter (Glasfasertechnik); die Informationsverarbeitung erfolgt digital.
Bei der Videökonferenz wird im Unterschied zum herkömmlichen Tefongespräch neben dem Ton auch ein Bild übertragen, das durch eine Videokamera aufgenommen wird und beim Gesprächspartner auf einem Bildschirm wiedergegeben wird. Tön- und Bildübertragung erfolgen synchron. Die Kamera ist hierbei in der Regel so eingestellt, daß das Bild des Gesprächspartners übertragen wird.
II. Beschreibung des Gegenstandes
!.Abmessungen: 150cm Höhe, 76cm Breite, 50 cm Tiefe (andere Abmessungen bei Typenänderung möglich), Gewicht ca.80kg, zu Transportzwecken in zwei Elemente zerlegbar.
2.Der obere Teil des Gerätes wird von einem 82cm-Blldschirm in Flaehbildröhrentechnik eingenommen.
3.Unterhalb des Bildschirms ist an der Frontseite in 80cm Höhe der Bildauufnahmeteil (Optik und Zoom-Steuermotor - Zeichnung Nr.2) einer hoch- auflösenden Ein-Chip-Videokamera mit Mikrofon (Zeichnung 2, Nr.3) so in das Modul integriert, daß Kamera und Mikrofon nicht sichtbar sind.
4.In das auf dem Bildschirm wiedergegebene Bild (Zeichnung 2, Nr.3) kann in einem von vier beliebigen Quadranten ein Sende— und Vorschaubild (Zeichnung 2, Nr.4), das den vor dem Modul sitzenden Teilnehmer zeigt, im Format 20x30cm eingeblendet werden (PIP-Technik (picture-in-picture)
Aktenzeichen: G 88 05 240.0
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5.AudiöteÜ (Zeichnung 3, Nr.5) Mit Bandbreite 3,5 ödet* 7kHz 6*Infratfot-FernbedienUng
7«Die Audiötechnik gleicht sieh automatisch an die Entfernung zwischen Konferenzteilnehmer Und Modul an ö.Anschlußmöglichkeiten für
- Videorecorder (Zeichnung 3, Nr*7)
- Dokumentenübertragung (hierbei kann das Dokument> aufgenommen von einer externen Kamera, nach Belieben auf dem gesamten Bildschirm oder in PIP-Technik wiedergegeben werden)
- Codec-Schnittstelle von 64kB - 140MB
9.Unterdrückung von Störeffekten Und übersprechungen sowie Kompensation von Schallaufzeiten durch Echounterdrückung (Echöcanceller - Zeichnung 3, Nr.6)
Zeichnung 3 zeigt den Aufbau und die Gestaltung des Moduls ohne die Abdeckungen auf der Frontseite t Zeichnung 2 zeigt das Modul so, v/.Ie es sich einem Betrachter präsentiert*
III.Gegenwärtiger Stand der Technik
Videokonferenz-Moduie werden zur Zeit von verschiedenen Herstellern angeboten.
a) zu diesen Modulen gehören jedoch stets
- externe Mikrofone
- externe Monitore für Sende- und Vorschaltbild
- Kameras extern oder sichtbar ins Modul eingebaut
- Regietisch mit umfangreichen Steuerungsanlagen
b) Vorschau- oder Sendebild bzw. Dokumenteneinblendung nur mit eigenem Monitor möglich
c) Aufnahmekameras müssen manuell vom Regietisch aus justiert werden
d) Der Umfang der Anlage (Modul, Regiöiimsh) erfordert eir.sn Kleintransporter und mindestens 1L Personen, die zudem Kenntnisse auf dem Gebiet der Nachrichtentechnik und Akustik benötigen, zug Aufbau und Eiflmessen
e) Bei Videokonferenzgeräten, die den Teilnehmern freies Sprechen, d.h. Tonwiedergabe mit Lautsprechern statt mit vom Teilnehmer zu tragenden Kopfhörer ermöglichen, treten Rückkoppelungseffekte dadurch auf, daß der durch die Lautsprecher wiedergegebene Schall durch das Mikrofon des Gesprächspartners zurückübertragen wird. Diese Rückkopplung äußert sich als Echo des von
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deft Teilnehmern gesendeten SchalIs."Duroh handelsübliche Geräte eur Unterdrückung dieses akustischen Phänomens, sog. Echocancell«r, werden diese Störungen vermieden} das Einmessen des Echocancellings bei der Installation eines Videokonferenzgerätes entsprechend dem Richtlinienentwurf des Fernmeldetechnischen Zentralestintes Darmstadt vom April 1987* Teil D3, der im Juli 1988 verbindlich wird, erfordert erfahrungsgemäß einen Zeitaufwand von ca. 4 Stünden.
IV» Problemstellung
Auf dem bisherigen Stand der Technik sind folgende Probleme nicht gelost:
1. Transport und Installation (Aufbau, Abbau) nur durch eine Person, diese ohne technische Kenntnisse
2. Freies Sprechen der Teilnehmer wie beim Telefon- oder persönlichem Gespräch
3» Vereinfachung Und Abkürzung des Echocancelling-Einmeß- und Abgleichvorganges
su 1: Siehe Abs.IIId
su 2: Freies Sprechen der Teilnehmer ist auf dem bisherigen Stand der Technik durch psychologische und technische Hindernisse erschwert, wenn nicht unmöglich.
Der Teilnehmer sieht sich nicht nur dem Konferenzpartner auf dem Bildschirm gegenüber, sondern auch mehreren Kameras, Mikrofonen und Lampen, die direkt auf ihn gerichtet sind, oft nicht nur von vorne, sondern auch von der Seite oder gar von über seinem Kopf (so z.B. die Dokumentenkamera beim Modell "VideoCom" von MBB). Durch diese Anordnung wird eine regelrechte Fernsehstudioathmosphäre geschaffen, die sich wesentlich von der eines normalen Büroarbeitsplatzes unterscheidet. Die Folge sind bei den Konferenzteilnehmern die als "Lampenfieber" bekannten Erscheinungen: Freies Sprechen findet nicht statt, die Teilnehmer fühlen sich gehemmt und sind nicht in der Lage, sich auf den Gesprächspartner und das Gesprächsthema zu konzentrieren, da sie statt dessen auf die Umgebung mit den Lampen, den Kameras und den Mikrofonen achten und abgelenkt werden. Eine Lösung dieses Problems kann dadurch erreicht werden, daß die Kamera so installiert wird, daß der Teilnehmer während des Videoconferencings in die Kamera blickt, ohne diese wahrzunehmen, d.h. die Kamera muß unauffällig in das Vidoekonferenzmodul eingebaut werden.
Aktenzeichen: G 88 05 240.0
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Der Teilnehmer ist ssudern nickt nur psychologisch, sondern auch iephnisch überfordert. Die Technik der Vidöökoriferenz erfördert auf dem bisherigen Stand der Technik ständige Nachjustierungeji der KameraiS wäd K'Wröföp?) durch den Teilnehmer* Zu diese·« Swsck *ind eigene Regietische mit umfangreicher Steuerungstechnik notwendig.
An diesen Tischen statt am gewohnten Schreibtisch muß der Teeilnehmer Platz nehmen und während der gesamten Konferenz ständig auf einem auf dem Regietisch befindlichen Monitor verfolgen, wie sein eigenes Bild beim Gesprächspartner ankommt, um gegebenenfalls sein Bild nachregeln zu kennen. Der Teilnehmer muß also ständig auf die Regelungstechnik und die Aufnahme seines eigenen Bildes achten, was zu Lasten der Konzentration auf daä eigentliche Gespräch und den Gesprächspartner
Der im persönlichen Gespräch wichtige Augenkontäkt kann bei Videokonfenz auf dem bisherigen Stand der Technik nicht stattfinde».
Beim persönlichen Gespräch schaut man seinem Gegenüber in die Augen, befindet sich der Gesprächspartner auf einem Bildschirm, schaut man dorthin, wo sich auf dem Bildschirm die Augen befinden, d.i. ungeilhr das Bildschirmzentrum. Dort befindet sich jedoch keine Kamera, so daß der Teilnehmer, der auf das Bild schaut, von der Kamera wegblickt. Die Folge ist, daß der Gesprächspartner den Eindruck hat, der Teilnehmer sehe von ihm weg. Blickt der Teilnehmer dagegen in die Kamera, hat er keinen Blick auf den Bildschirm mehr. Er sieht nicht mehr seinen Gesprächspartner, sondern nur die auf ihn gerichtete Kamera und befindet sich damit in der psychologisch nachteiligen Situation eines Verhörs. Sprechunsicherheit und Konzentrationsschwächen sind die Konsequenz.
Das freie Sprechen und der Blickkontakt zum Gesprächspartner wird ferner durch den Zwang, ständig den Monitor mit dem eigenen Sendebild kontrollieren zu müssen, gestört. Der Teilnehmer beobachtet bei der herkömmlichen Anordnung von Bildschirm, Aufnahme&mdash; kamera und Kontrollbildschirm abwechselnd drei Punkte. Befindet sich der Monitor nu H-em eigenen Sendebild auf dem Regietisch, wie dies oft der Fall ist, hat der Gesprächspartner den Eindruck, der Teilnehmer schaue ständig von ihm weg und nach unten, als ob er verlegen oder gehemmt sei.
Die Lösung dieses Problemes ist nur möglich, indem die Parallaxe (Winkel zwischen Bildschirmmitte und Kamera) möglichst gering; gehalten wird. Bei einer Parallaxe von 5°und darunter wird eine Abweichung der Blickrichtung von der Kamera vom Gesprächs? &tgr; nicht mehr wahrgenommen. Mit externen Kameras ist dies .&mdash;^nt möglich. Eine solch geringe Parallaxe kann nur erreicht werden,
Aktenzeichen: G 88 05 240»0
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indem die Kameraoptik so nahe wie möglich am Bildschirm eingebaut wird.
Ein mobiler Einsatz eines Videokonferenzgerätes wird durch die umfangreichen Einmeß- und Abgleichvorgänge erschwert. Kurzfristige Einsätze an neuen Konferenzorten sind aus organisatorischen und wirtschaftlichen Gründen oft nicht durchzuführen. Für die Einmeßarbeiten ist qualifiziertes und teures Personal erforderlich, der Aufwand an Zeit und Geld steht oft nicht in Relation zur eigentlichen, oft relativ kurzen Konferenzzeit.
V. Problemlösung
Die unter IV. aufgezeigten Probleme werden durch folgende neue Anordnung, Gestaltung und Einsatz der Technik gelöst:
1. Integration von Aufnahmekamera, Mikrofonen, Lautsprecher und Bildschirm in ein einziges Modul
2. Vollständige Selbststeuerung der Aufnahme- und Sendetechnik, insbesondere automatische Einmessung und Abgleichung des Echocancellings nach Eingabe der Entfernung Modul-Teilnehmer
3. Einsatz der PIP-Technik zur gleichzeitigen Wiedergabe des eigenen Sendebildes oder eines Dokumentenbildes zusammen mit der Wiedergabe des Bildes des Gesprächspartners auf einem einzigen Bildschirm
4. Verwendung einer Kamera mit Einchlp- oder Mehrchiptechnik als Aufnahmekamera, wobei Bildaufnahmeteil mit Optik von der restlichen Kameratechnik getrennt wird, und Anordnung des Bildaufnahmeteils unmittelbar unter dem Bildschirm
5. Verblendung der Bildaufnahmeoptik und der Mikrofone durch Sichtblenden, die die Funktion dieser Geräte jedoch nicht stören
oder: Einbau der Bildaufnahmsoptik in eine Bohrung in der Verblendung dergestalt, daß das Ende des Objektives bündig mit der Sichtblende abschließt
6. Zerlegbarkeit des Module in drei Elemente
Die einzige wesentliche Einstell- bzw. Einmeßmaßnahme, die erfolgen muß, ist Eingabe der Entfernung zwischen Modul und Teil*" nehmer. Dies geschieht, indem der Teilnehmer mit einem Infrarotfernbedienungsgerät die Kamera so einstellt, daß alle Teilnehmer von der Kamera erfaßt und scharf wiedergegeben werden. Die Infrarotsignale steuern einen Regel- und Positionierungsverstärkor, der seinerseits die Kameramotorik !Schärfeeinstellung,
Aktenzeichen! G 88 05 240,0
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Schwenk zur Erfassung der Teilnehmer, *Zoom) steuert. Dieser Verstärker gibt hierbei eine Steuerspannung ab, die nicht nur zur Kamerasteuerung, sondern auch zur Steuerung des MikrofonvorVerstärkers herangezogen wird.
Schärfeeinstellung der Kamera und Zoom entsprechen stets auch einer bestimmten Entfernung zwischen Kamera und Teilnehmer, so daß jedem Steuerspannungswert auch ein bestimmter, exakter Entfernungswert zugeordnet werden kann. Entsprechend der ankommenden Steuerspannung verstärkt der Mikrofonvorverstärker die eingehenden Schallsignale so, daß unabhängig von der Entfernung der Teilnehmer und damit dem auf das Mikrofon auftreffenden Schalldruck am Ausgang des Mikrofonvorverstärkers stets ein Grundsehallpegel von -13dBm herrscht.
Ein solcher konstanter Grundschallpegel ist Voraussetzung für ein funktionierendes Echocancelling. Daher muß bei jeder Installation eines Videokonferenzgerätes die Echocancellingeinheit auf den zuvor gemessenen Grundschallpegel eingestellt werden. Die Ermittlung dieses Grundschallpegels ist der Sinn der in den o.a. Richtlinien des FTZ Darmstadt empfohlenen, umfangreichen Messungen. Der Einsatz einer AVR (automatische Verstärkungsregelung) zur Schaffung eines konstanten Grundschallpegels, wie etwa bei Heimtonbandgeräten üblich, ist bei einem Echocanceller nicht möglich.
hier dient jedoch der Mikrofonvorverstärker aufgrund der Tatsache, daß er unter allen beim Betrieb auftretenden Bedingungen einen konstanten Grundschallpegel von -13dBm abgibt, nicht nur als Verstärker, sondern auch als Stellglied für den Echocanceller. Es ist daher nur ein einmaliger Abgleich der Echocancellingeinheit erforderlich, und zwar auf den vom Mikrofonvorverstärker vorgegebenen Grundschallpegel von -13dBm. Danach sind weitere Meßvorgänge nicht mehr erforderlich.
Zeichnung 1 zeigt den Aufbau des Regelsystems.
Die PIP-Technik ist eine Technik, &as verschiedenen Quellen (Kameras oder Videorecorder) stammende, asynchron eintreffende Videosignale dergestalt miteinander zu synchronisieren und dann so zu mischen, daß die aus diesen verschiedenen Quellen stammenden Bilder gleichzeitig auf einem Bildschirm dargestellt werden, wobei eines der Bilder in einen Quadranten des Bildschirms eingeblendet wird, während das andere den gesamten Bildschirm einnimmt. Diese Technik wurde bislang auf dem Anwendungsgebiet
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Videokonferenz nocK'ni'dht angewandt*. "* Hier wird durch die PIP-Technik der separate Monitor für Kontrolle des eigenen Sendebildes bzw. der Dokumenteneinblendung, wie sie bisher entweder in den Regietisch oder im Modul neben, über oder unter dem Konferenzbildschirm eingebaut werden mußten, ersetzt. Die PIP-Technik findet insofern ein neues Anwendungrgebiet.
Die Kameraelektronik der Videokamera wird vom CCD-Bildaufnehmer iCharge-Coppled-Device) getrennt. Der CCD-Bildaufnehmer enthält lediglich das Objektiv, einen Motor für die Zoomsteuerung sowie einen kleinen Elektronikteil. Insgesamt ist der CCD-Bildaufn^hmer 70mm hoch, 100mm breit und 100mm tief und hat damit wesentlich geringere Abmessungen als eine Videokamera. Nur dieser CCD-Bildaufnehmer wird unmittelbar unterhalb des Bildschirms in der Mitte des Moduls eingebaut, so daß der Abstand Bildschirmroitte-Objektivmitte 32,5cm beträgt. Die Kameraelektronik selbst wird in einem Einschubti'äger unterhalb des CCD-Bildaufnehmers untergebracht (Zeichnung 3, Nr.4) und mit dieser durch ein Flachbandkabel verbunden.
Der CCD-Bildaufnehmer und das daneben angebrachte Mikrofon sind so in das Modul integriert, daß das Ende des Objektives bündig mit der Frontseite des Moduls abschließt. Für das Objektiv kann entweder in der Abdeckplatte eine Bohrung mit 50mm Durchmesser entsprechend dem Objektivdurchmesser angebracht werden, oder das Objektiv wird hinter einer Glasplatte verborgen.
Das Modul (Zeichnung 2) wird so aufgebaut, daß es in zwei Teile zerlegbar ist, nämlich den Bildschirmteil (1) und den die Kameratechnik, die Audiotechnik sowie einen Videorecorder enthaltenden Sockel (2).
VI. Erzielbare Vorteile
Zu V, Nr.1
Werden Kamera, Mikrofone und Bildschirm in ein einsigea Modul integriert, hat der Teilnehmer bei der Kommunikation nur eine einzige Blick- und Sprechrichtung. Es gibt außer dem Modul keine weiteren Elemente, denen er seine Aufmerksamkeit widmen muß. Ab-" bruch des Blickkontaktes zum Gesprächspartner ist nicht mehr nö-
Aktenzeichen! G 88 05 240.0
tig. Die Konzentration'wird'nicht mehr'teeinträchtigt.
Zu V, Nr. 2
Durch die Erzeugung eines konstanten Schallpegels von -13dBra am Ausgang des Mikrofonvorverstärkers durch Steuerung dieses Verstärkers durch eine vom Kamera-Regel- und Positionierungsverstärker abgenomme Spannung und die dadurch mögliche Verwendung des Mikrofonvorverstärkers als Stellglied für den Echocanceller wird die Einmeßzeit von mehreren Stunden auf weniger als eine Minute reduziert. Die Einmeßzeit entspricht nur noch der Zeit, die der Teilnehmer benötigt, um mittels Fernbedienung die Kamera einzustellen. Dieser Vorgang entspricht von seiner Durchführung der Tätigkeit eines Fernsehteilnehmers, der an seinem TV-Gerät Schärfe, Helligkeit und Farbkontrast des Bildschirms regelt. Auch ein technischer Laie ist in der Lage, ein Videokon&mdash; ferenzraodul zu bedienen, ohne zum Einmeßvorgang elektroakusti&mdash; fiches Fachpersonal hinzuziehen zu müssen.
Zu V, Nr.3
Durch die PIP-Technik ist ein seperater Monitor für Kontrolle des eigenen Sendebildes bzw. der Dokumenteneinblendung nicht mehr erforderlich. Der Teilnehmer kann mit einem einzigen Blick seinen Gesprächspartenr auf dem Konferenzbildschirm und sein eigenes, in einem Quadranten dieses Bildschirms eingeblendetes Bild erfassen. Er kann somit sein eigenes Erscheinen bzw. seine Wiedergabe beim Gesprächspartner überprüfen, ohne die Blickrichtung zu ändern und damit den Blickkontakt zum Gesprächspartner unterbrechen zu müssen.
Zu V, Nr.4
Durch die Trennung von Kameraelek-ronik und CCD-Bildauf nehnier und die dadurch mögliche Minimierung der Parallaxe in der Vertikalen auf 5° wird eine Abweichung der Blickrichtung von dar Kamera, wenn der Teilnehmer direkt auf die Bildschirmmit^e blickt, vom Gesprächspartner nicht mehr wahrgenommen. Durch den Einbau des CCD-Bildaufnehmers in dec Mitte des Moduls beträgt die Ab-. weichung iv der Horizontalen Null.
Zu V, Nr. 5
Durch den Einbau des Kameraobjektives dergestalt, daß entweder in die Frontseite des Moduls eine SOmm-Bohrung entsprechend dem Objektvidurchmesser angebracht wird und in dieser Bohrung das Objektiv so eingebaut wird, daß sein Ende bündig mit der Frontseite des Moduls abschließt, oder durch den Einbau des Objektives hinter einer Glasplatte ist das Objektiv nicht mehr als solches erkennbar, da die spiegelnde Glasplatte es den Blicken
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entzieht bzw* das Objektiv, das ja auch aus Glas besteht, aus 3,5m Entfernung nicht Von der Verblendung zu unterscheiden ist« Dadurch hat der Teilnehmer nicht mehr das Gefühl &igr; eine Kamera ziele auf ihn. Er wird weder abgelenkt noch irritiert Und kann somit frei Und völlig auf den Gesprächspartner konzentriert sprechen.
Zu V, Mr.6
Durch die Zerlegbarkeit des Moduls in zwei Elemente, die aufgrund ihirer Abmessungen aüeh in einem PKW-Kofferräum von 800 1 Inhalt transportiert werden können und die ohne tiefere technische Kenntnisse zusammenzusetzen sind, indem die Teile aufeinander gestellt und Stecker in Buchsen gesteckt werden, wobei es keine Verwechslungsmöglichkeit gibt, 1st das Modul von nur einer Person in einem Mittelklasse-PKW zu transportieren t aufzubauen und abzubauen.
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Claims (10)

  1. GEBRAUCHSMUSTERSCHUTZANTRXGE Es wird
    ANTRAG AUF GEBRAUCHSMUSTERSCHUTZ gestellt für folgende
    ANSPRÜCHE:
    1,Videokonferenzmodul, gekennzeichnet durch
    automatische Einmessung und Abgleich des Akustikteils, insbesondere des Echocanceliers, durch Ansteuerung eines Audioverstärkers durch eine von der Kamerasteuerung gelieferte Steuer-
    Aktenzeichen: G 88 05 240.0 I
    <···<< al aal
    spannung, deren Wert* einem TtJestimmt'em Vfbstand Modul-Teilnehmer entspricht, wodurch am Ausgang des Audioverstärkers stets ein konstanter Grundschallpegel von -13dBm herrscht und der Audioverstärker somit als Stellglied für den Echocanceller fungiert
  2. 2. Videokonferenzmodul, gekennzeichnet durch
    Bildaufnahmegerät und Mikrofone, unterhalb des Bildschirms in das Modul eingebaut und entweder durch Sichtblende verdeckt oder hinter einer Sichtblende mit Bohrung für das Objektiv so angebracht, daß das Ende des Objektives bündig mit der Verblendung abschließt.
  3. 3. Videokonferenzmodul, gekennzeichnet durch
    Videokamera, deren Kameraelektronik und Bildaufnahmc^erät (Objektiv mit Zoofflsteuerung) voneinander getrennt werden, wobei das Bildaufnahmegerät unmittelbar unter dem Bildschirm im Modul infitalliert wird
  4. 4. Videokonferenzmodul, gekennzeichnet durch
  5. Anwendung der PIP-Technik zur Einblendung des Sendebiides des Teilnehmers oder des von ihm gesendeten Dokumentenbildes auf einen Quadranten des Bildschirms, auf dem das Empfangsbild seines Gesprächspartners abgebildet wird
  6. Günzburg, den 4.7.1988
  7. sanwalt)
  8. Anlagen: 3 Zeichnungan
  9. 10
    Aktenzeichen: G 85 05 240.0
    #« *4 *i tilt ti 1 Il ft 4 t « · I i t II* * I
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