DE1955710A1 - Verfahren zur UEbertragung mindestens eines Tonsignals innerhalb des Frequenzspektrums eines Videosignals - Google Patents

Description

Standard Elektrik Lorenz AG
7000 Stuttgart-Zuffenhausen
Hellmuth-Hirth-Strasse 42

G.G. Gassmann - 77

Verfahren zur Übertragung mindestens eines Tonsignals innerhalb des Frequenzspektrums eines Videosignals.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Übertragung mindestens eines Tonsignals innerhalb des Frequenzspektrums eines Videosignals.

Bei der normalen Ton-Bild-Übertragung von Fernsehsignalen, wie sie heute ä allgemein angewendet wird, erfolgt die Übertragung des Tonsignals ausserhalb des Frequenzspektrums des Videosignals.

Es ist aber auch bereits ein Verfahren zur Übertragung eines Tonsignals innerhalb des Frequenzspektrums eines Videosignals bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Rückflanke der Zeilensynchronisierimpulse mit dem Tonsignal moduliert, so dass die Impulsbreite der Zeilenimpulse die Tonmodulation trägt. Dieses Verfahren hat jedoch einige sehr erhebliche Nachteile, so dass es bisher praktisch noch nicht zur Anwendung kam. Der erste Nachteil liegt darin, dass die Impulsbreitenmodulation der Zeilenimpulse bei Empfang von Reflexionen die Zeilensynchronisation in störender Weise beeinflusst. Der andere wesentliche Nachteil besteht darin, dass infolge des Abtasttheorems nur eine maximale Tonfrequenz von ca. 7 kHz über- I tragen werden kann, da nach dem Abtasttheorem bekanntlich die Bandbreite immer kleiner als der halbe Wert der Taktfrequenz ist. Darüber hinaus bietet dieses Verfahren nur die Möglichkeit, ein einziges Tonsignal innerhalb des Frequenzspektrums des Videosignals zu übertragen.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Nachteile des bekannten Verfahrens vollständig zu vermeiden und ein Übertragungsverfahren zu schaffen, bei dem das Tonsignal ein genügend breites Frequenzband hat, so dass eine gute Tonqualität gewährleistet ist.

4.II.1969

Dr\ Hl/Do -/-

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Bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht, dass senderseitig das einer Halbbildperiode des Bildsignals zugehörige Tonsignal während dieser Halbbildperiode in einer Speichereinrichtung gespeichert wird und nach Ablauf dieser Halbperiode während des Zeilenhinlaufs einer der freien Zeilen des dieser Halbbildperiode nachfolgenden Bildrücklaufs übertragen wird und der Tonsignalinhalt dieser Zeile im Empfänger in einer Speichereinrichtung gespeichert und innerhalb der Periode des nachfolgenden Halbbildes an den Tonteil des Empfängers abgegeben wird.

Nach einem weiteren Merkmal wird es als vorteilhaft erachtet, dass senderseitig jedes der derselben Halbbildperiode zugehörigen Tonsignale während dieser Halbbildperiode in je einer Speichereinrichtung gespeichert wird und der Inhalt dieser Speichereinrichtungen während des Hinlaufs je einer freien Zeile des dieserHalbbildperiode nachfolgenden Bildrücklaufs übertragen wird und im Empfänger mit einem an sich bekannten Zeilenwahlschalter die dem gewünschten Tonsignal zugehörige Zeile dem Videosignal entnommen und einer einzigen Speichereinrichtung zugeführt wird, die das gespeicherte Tonsignal innerhalb der Periode des nachfolgenden Halbbildes an den Tonteil des Empfängers abgibt.

In vorteilhafter Weise wird dabei als Speichereinrichtung eine an sich bekannte Eimerkettenschaltung verwendet. Dabei ist es besonders zweckmässig, dass bei senderseitiger Verwendung der Eimerkettenschaltung die Aufnahme des Tonsignals bzw. bei empfängerseitiger Verwendung der Eimerkettenschaltung die Entnahme des Tonsignals mit einer aus der Zeilenfrequenz hergeleiteten Taktfrequenz, vorzugsweise einer der doppelten Zeilenfrequenz entsprechenden Taktfrequenz, erfolgt.

Weiterhin kann es insbesondere senderseitig als vorteilhaft erachtet werden, dass als Speichereinrichtung ein an sich bekanntes Magnetband eines Videomagnetbandgerätes verwendet wird. Dabei wird es als zweckmässig erachtet, dass senderseitig die Tonspur des Magnetbandes innerhalb der Halbbildperiode mit einem Aufnahmekopf aufgezeichnet wird und z.B. mit einem schnell rotierenden Wiedergabekopf innerhalb der betreffenden Zeilenperiode abgenommen wird.

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Bei Übertragung von Stereosignalen wird vorgesehen, dass einer der freien Zeilen des Bildrücklaufs das Summensignal (R + L) und einer anderen freien Zeile des Bildrücklaufs das Differenzsignal (R - L) des aus den beiden Kanälen R und L bestehenden Stereotonsignals zugeordnet ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren hat nicht nur den Vorteil, dass eine besonders gute Tonqualität erreicht wird, sondern darüber hinaus den sehr wesentlichen Vorteil, dass zu ein und demselben Videosignal mehrere Tonsignale, z.B. in mehreren verschiedenen Sprachen bzw. zwei Kanäle eines Stereosignals, übertragen werden können. Empfängerseitig kann aus der Vielzahl der mehrsprachigen Tonsignale das gewünschte Tonsignal mit Hilfe eines Wahlschalters ausgewählt werden. Auch von der wirtschaftlichen Seite her ist das erfindungsgemässe Verfahren zweckmässig, da eine Ton-ZF-Verstärkung vollständig überflüssig ist.

Darüber hinaus bietet das Verfahren die Möglichkeit, in einer oder mehreren Zeilen Fernschreibsignale oder Signale für eine Faksimilewiedergabe zu übertragen.

Anhand der Ausführungsbeispiele der beigefügten Zeichnungen seien im folgenden die Erfindung und weitere ihrer Merkmale und Vorteile näher erläutert.

In Fig. 1 entspricht das unschraffierte Feld dem Bild des Videosignals bei { Anwendung der CCIR-Norm. Der Hinlauf der Zeilen beträgt 52 ,us, der Zeilenrücklauf 12/US. Die Gesamtzeilenperiode hat somit eine Dauer von 64 ,us. Das mit 1 bezeichnete schraffierte Feld entspricht der Rücklaufzeit der Zeilen. Die Dauer eines Halbbildes bein Zeilenspitungverfahren beträgt bei CCIR-Norm 20 ms. Das mit 2 bezeichnete schraffierte Feld entspricht der Dauer des Bildrücklaufs des Halbbildes. Zu Beginn des Bildrücklaufs werden sogenannte Vortrabanten, der Bildsynchronisierimpuls und Nachtrabanten gesendet, die insgesamt acht Zeilen belegen. Die restlichen Zeilen des Bildrücklaufs sind frei. Von diesen restlichen acht Zeilen werden zusätzlich zvrei Zeilen für Testsignale (sogenannte Prüfzellen) reserviert. Alle

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übrigen Zeilen sind frei und stehen somit dem erfindungsgemässen Verfahren zur Verfugung. Eine Ausnahme bilden Farbfernsehsignale nach dem SECAM-System, bei dem ein Teil dieser freien Zeilen für das sogenannte Identifikationssignal belegt ist. Aber auch hier können die restlichen Zeilen für das erfindungsgemässe Verfahren verwendet werden.

Bei Schwarz-Weiss- und PAL-Farbsignalen hat die sogenannte Vertikalaustastlücke l8 bis 22 Zeilen, während bei der Übertragung von SECAM-Signalen die Vertikalaustastlücke 22 bis 24 Zeilen beträgt. In beiden Fällen werden zur Übertragung der Bildsynchronisierimpulse einschliesslich der zugehörigen Vor- und Nachtrabanten acht Zeilen benötigt. Darüber hinaus sind bei dem-SECAM-Verfahren neun Zeilen für die Übertragung der Identifikationssignale reserviert. In beiden Fällen werden zusätzlich zwei Prüfzeilen benötigt. Alle Zahlen beziehen sich auf ein Halbbild, so dass bei Schwarz-Weissund PAL-Fernsehübertragung maximal 12 und bei SECAM-Übertragung maximal sieben freie Zeilen zur erfindungsgemässen Tonsignalübertragung zur Verfugung stehen, so dass also 12 bzw. sieben parallele Tonkanäle Anwendung finden können.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer senderseitigen Anordnung zur Übertragung von zwei Tonsignalen. An den Klemmen J5 und 4 v/erden die beiden Tonsignale (z.B. deutschsprachiger und englischsprachiger Text) zugeführt. Der Klemme 5 wird das zugehörige Videosignal zugeführt. 6 und 7 sind Speichereinrichtungen, die z.B. nach dem an sich bekannten Eimerkettenschaltungsprinzip arbeiten. Von den Schaltern 9 und 10 wird den Speichern 6 und 7 die jeweilige Taktfrequenz zugeführt, mit der das Signal von Speicher zu Speicher weitergegeben wird. Während einer Halbbildperiode, ausgenommen der dem jeweiligen Tonsignal zugeordneten Zeile, ist der Schalter 9 mit dem Kontakt c und der Schalter 10 mit dem Kontakt a verbunden. Der Klemme 11 wird ein Taktsignal von niedriger Frequenz, vorzugsweise doppelter Zeilenfrequenz, zugeführt. Ist die entsprechende Zeile erreicht, in der das betreffende Tonsignal übertragen

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werden soll, so wird der Schalter 9 auf den Kontakt d bzw. der Schalter 10 auf den Kontakt b umgeschaltet. Nach Ablauf dieser Zeile wird der jeweilige Schalter wieder zurückgeschaltet. Der Klemme 12 wird ein hochfrequentes Taktsignal zugeführt, dessen Frequenz einen solchen Wert hat, dass das ge- , saate in dem jeweiligen Speicher gespeicherte Tonsignal vollständig innerhalb des Hinlaufs der Zeilenperiode entnommen wird. Der Schalter 8 ist während der gesamten Halbbildperiode, ausgenommen den für die Übertragung der Tonsignale vorgesehenen Zeilen, mit dem Kontakt e verbunden. Wenn der Schalter 9 mit dem Kontakt d verbunden ist, ist der Schalter 8 mit dem Kontakt g verbunden. Wenn der Schalter 10 mit dem Kontakt b verbunden ist, ist der Schalter 8 mit dem Kontakt f verbunden. Vom Schalter 8 wird das Gesamtsi- ™ gnal der Klemme 13 zugeführt, von der schliesslich das Videosignal und die beiden Tonsignale als Modulationssignal dem Fernsehsender zugeführt werden. Die Umschaltung der Schalter 8, 9 und 10 erfolgt mit an sich bekannten elektronischen Steuerschaltungen, z.B. mittels vorprogrammierter Zähler.

In Fig. 5 wird eine empfängerseitige Anordnung zum Empfang des Bild- und eines der Tonsignale wiedergegeben. Darin ist \k die Klemme, der das kombinierte Bild-Ton-Signal zugeführt wird. Dieses Signal wird in dem Videoverstärker 15 verstärkt und der Bildröhre 16 zugeführt. Όε. die Tonsignale während des Bildrücklaufs gesendet werden, ist eine Sperrung der Tonsignale vor oder nach dem Videoverstärker nicht erforderlich, da sie immer unsichtbar bleiben werden, wenn eine ausreichend grosse, an sich bekannte Rücklauf- i austastung der Bildröhre zur Anwendung kommt. 25 ist ein Schalter, der nur während der Zeile geschlossen ist, die dem Tonsignal zugeordnet ist, welches der Benutzer des Empfängers empfangen will. 17 ist die empfängerseitige Speicherschaltung (auch hier z.B. eine Eimerkettenschaltung). 2^5 ist ein nachgeschalteter Niederfrequenzverstärker, 24 ist ein Lautsprecher. Vom Schalter 18 werden dem Speieher 17 die Taktimpulse zugeführt. Den Klemmen 11 und 12 werden Taktimpulse der gleichen bzw. nahezu der gleichen Frequenz wie den entsprechenden Kontakten auf der Senderseite (Fig. 2) zugeführt. Der Schalter 18 arbeitet synchron mit dem Schalter 25. Wenn der

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Schalter 25 geschlossen ist, ist der Schalter 18 mit dem Kontakt b verbunden. Wenn der Schalter 25 geöffnet ist, ist der Schalter 18 mit dem Kontakt a verbunden. Beide Schalter werden mit einer Steuerschaltung betrieben, die z.B. aus einem Zähler 19 besteht. Dieser Zähler 19 wird von der Klemme 20 mit Bildimpulsen bzw. mit Bildsynchronisierimpulsen und von der Klemme 21 mit Zeilensynchronisierimpulsen bzw. mit Zeilenrücklaufimpulsen gespeist. Mit den Bildsynchronisier- bzw. -rücklaufimpulsen wird der Zähler auf seine Ausgangsstellung gestellt, während die Zeilenimpulse seine Weiterschaltung (Zählung) bewirken. Mit an sich bekannten Logikkombinationen wird dafür gesorgt, dass an den Klemmen c bis f jeweils nur während einer Zeilendauer eine Ausgangsimpulsspannung steht, wobei z.B. die Klemme c während der ersten ein Tonsignal übertragenden Zeile und die Klemme f während der letzten ein Tonsignal übertragenden Zeile ein Impulssignal liefert. Mit dem Zeilenwahlschalter 22 kann der Gerätebesitzer die jeweils gewünschte Zeile anwählen. Vom Schalter 22 geht über die in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Steuerverbindung das Steuersignal zu den elektronischen Schaltern 25 und l8.

Hat das Videosignal eine Bandbreite von Null bis 5 MHz, so können bei gleicher Bandbreite der zeitkomprimierten Tonsignale 260 Perioden in einer Zeilenhinlaufzeit von 52 Ais übertragen werden. Diese 260 Perioden werden in 20 ms wieder abgegeben; das entspricht einer maximalen Tonfrequenz von 1J5 kHz. Werden bei diesem Fernsehsystem grundsätzlich nur im Spektralbereich des Videosignals Tonsignale übertragen, so kann man auf den heute üblichen Tonsender vollständig verzichten und das Videosignal auf 5»5 bzw. 6 MHz Bandbreite ausdehnen. In Ländern mit 6,5 MHz Abstand zwischen Bildträger und Tonträger (z.B. England) kann man sogar bis 6,5 bzw. 7 MHz Bandbreite das Videosignal ausdehnen. Diese Ausdehnung ist nicht nur vorteilhaft bezüglich der Verbesserung der Auflösung und Schärfe des Bildes, sondern darüber hinaus dehnt sich die Bandbreite des übertragbaren Tonsignals von 13 kHz auf 3.4,5 kHz bei 5,5 MHz Videobandbreite und 15,6 kHz bei 6 MHz Videobandbreite aus.

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Sollen Stereosignale übertragen werden, so ist es besonders vorteilhaft, während einer Zeile das Summensignal und während einer anderen Zeile das Differenzsignal zu übertragen, so dass Empfänger mit nur einer einzigen Speichereinrichtung und nur einem einzigen Niederfrequenzteil das Summensignal als Monosignal empfangen können. Soll empfängerseitig das vollständige Stereosignal wiedergegeben werden, so müssen zwei Speichereinrichtungen vorgesehen werden, die den jeweiligen beiden Zeilen zugeordnet sind. Am Ausgang der beiden Speichereinrichtungen muss eine Addition und eine Subtraktion beider Signalspannungen durchgeführt werden, wobei die Subtraktionsspannung dem einen und die Additionsspannung dem anderen Niederfrequenzkanal zugeführt werden. Λ

Unabhängig davon, ob Mono- oder Stereosignale übertragen werden, ist es grundsätzlich vorteilhaft, senderseitig die Dynamik dieses Signals zu komprimieren und empfängerseitig im gegenläufigen Sinne zu dehnen. Entweder wird der Umfang der Dehnung in einer Norm festgelegt oder man überträgt zusätzlich ein Steuersignal zur Steuerung der empfängerseitigen Dynamikdehnung, die abgestimmt ist auf die senderseitige Dynamikkompression. Auch dieses Steuersignal könnte in einem weiteren freien Zeilenkanal übertragen werden, wobei wegen der geringen Bandbreite, die dazu erforderlich wäre, nur ein Speicher mit relativ wenigen Speicherzellen erforderlich wäre. Andererseits ist es aber auch möglich, dieses Steuersignal in einem Frequenzbereich unterhalb' des Tonsignalspektrums zu übertragen.

Wenn senderseitig das Fernsehsignal ohnehin von einem Videobildbandgerät abgenommen wird, ist es besonders zweckmässig, die Speicherung nicht mit einer Eimerkettenschaltung, sondern mit Hilfe des Magnetbandes durchzuführen. Dazu wird das Tonsignal kontinuierlich mit einem Aufnahmekopf 30 aufgenommen und nur während der Dauer der betreffenden Zeilenperiode mit einem z.B. sehr schnell rotierenden Wiedergabekopf 31 abgenommen. In Fig. 4 wird dies schematisch dargestellt. Darin ist 32 das Magnetband, 26 und 27 sind zwei Umlenkrollen, 28 ist ein Zylinder, um den das Magnetband geführt ist, der in an sich bekannter Weise mit einem Schlitz versehen ist, in dem der Wiedergabekopf 31 mit Zeilenfrequenz umläuft. Nur während der betreffenden,

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dar; Tonsignal übertragenden Zeile wird die Ausgar.gssparir.ung dieses V.'iedergace- >opfoE als Modulatior.ssigr.al abgenommen. Der Winkelp^ ir. Fig. 4 entspricht der Rücklaufdauer von 12 au;. Der Wiedergabekopf durchläuft der. Übrigen Winkelbereich }C^rj^J -cX/ir. 52/UC. Durch entsprechende konstruktive Hassnahmen kann dieser Wiedergabekopf 31 kombiniert sein mit dem Videokopf. Diese Kombination ifjt .'edoch nicht Gegenstand der Erfindung.

Wenn die vollständige Dauer des Zeilenhinlaufs - also bei CCIR-Ncrm die Dauer von ^ufd mu - für die Übertragung des Tonsignals ausgenutzt v/erden

, ergibt r:ich bei Anwendur.g einer niedrigen Taktfrequenz von 31<25 kHz gleich der doppelten Zeilenfrequenz eine hohe Taktfrequenz (die der Klemme 12 der Fig. 2 bzw. j> zugeführt wird) von 12,01 MHz. In diesem Fall muss ein separater· Ortsoczillator im Empfänger angewendet werden. Dieser Ortsoszillator kann bei Farbfernsehempfängern mit einem Farbhilfsträgeroszillator - z,D. bei Farbfernsehempfängern nach der NToC- oder PAL-Norm - eingespart v/erder.. Bei PAL-Uorm betragt die Farbhilfsträgerfrequenz 4,^1 ... Γ4Ηζ; durch Verdreifachung erhält man 1^»2 ... MHz. Wird diese Frequenz als hochfrequente Taktfrequenz verwendet, so reduziert sich die Zeit der betreffenden Zeile, während der daa Tonsignal bzw. Fernschreib- oder Faksimile-Signal übertragen wird, von 52/US auf 47,2/US.

H Patentansprüche

2 Bl. Zeichnungen mit 4 .Fig.

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Claims (8)

Ergänzungsblatt zur Offenlegungsschrift 1 955 710 Deutsche Kl.: 21 n7,7/04 Offenlegungstag: 13« Mai 1971 - 9 - ■ ".■■■.;■■■; Q. 0. Qassraann - 77 Patentansprüche , .......

1. Verfahren zur übertragung mindestens eines Tonöignals innerhalb des Frequenzspektrums eines Videosignals, dadurch gekennzeichnet, dass sendorseitig das einer Halbbildperiode des Bildsignals zugehörige Tonsignal während dieser Halbbildperiode in einer Speichereinrichtung gespeichert wird und nach Ablauf dieser Halbperiode während de3 Zoilenhinlaüfs einer der freien Zeilen des dieser Halbbildperlode nachfolgenden Bildrücklaufs Übertragen wird und der Tonsignalinhalt dieser Zeile ira Empfängor in einer Speichereinrichtung gespeichert und innerhalb der Periodo dos nachfolgenden Halbbildes an den Tonteil des Empfängers abgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruoh 1, daduroh gekennzeichnet, dass senderpoitig Jedes der derselben Halbbildperiode zugehörigen Tonsignale während diesor Halbblldperiode in Je einer Speichereinrichtung gespeichert wird-und der Inhalt dieser Speichoreinrichtungen während de

3 Hinlaufs Je einer freien Zeile des dieser Halbbildperiode nachfolgenden Bildrücklaufs übertragen . wird und im Empfänger mit einem an sieh bekannten Zailonwahlsohaltor dio dem gewünschten Tonsignal zugehörige Zeile dem Videosignal entnor.ar.cn und einer einzigen Speichereinrichtung zugeführt wird, die das gespoichorte, Tonsignal innerhalb der Periode des nachfolgenden Halbbildes an den Tonteil des Empfängers abgibt.

J, Verfahren nach Anspruoh 1 und/oder 2, daduroh gekennzeichnet, das3 als Speichereinrichtung eine an sich bekannte Eimerkettenschaltung verwendet wird;

4« Verfahren nach Anspruoh 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei sendcrcoitißcr Verwendung der Eimerkettenschaltung die Aufnahmo dos Tonsignals bzw. bei empfängerseitiger Verwendung der Eimerkettenschaltung die Entnahmo dos Tonsignals mit einer aus der Zeilenfrequonz horgoleitoton Taktfrequenz, vorzugsweise einer der doppelten Zeilenfrequonz entsprechenden Taktfro- | ' quenz erfolgt.

/Of SlO/ JOS ί BADORtGlNAL

Ergänzungsblatt zur Oflenlegungsschrift 1955 710 Deutsche Kl.: 21 n7,7/04 Offenlegungstag: 13. Mai 1971

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5. Verfahren nach Anspruoh 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Speichereinrichtung ein an sich bekanntes Magnetband eines Vldeorcagnetbandgerätes verwendet wird»

6« Verfahren nach Anspruoh 5* dadurch gekennzeichnet, dass sendersoltig die Tonspur des Haßnetbandes Innerhalb der Halbbildperiode mit einem Aufnahmekopf aufgezeichnet wird und z.B. mit einem schnellrotierenden Wiedergabekopf innerhalb der betreffenden Zeilenperiode abgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenngoiehnot, dass zwecks übertragung eines Storeosignalij einer der freien Zeilen dea Bildriicklaufs das Summonsignal (R + L) und einer anderen freien Zelle des Bildrücklaufs das Differenzsignal (R - L) des aus den beiden Kanälen R und L bestehenden Stereotonsignals zugeordnet ist.

8. Vorfahren nach Anspruch ,5, dadurch gekennzeichnet, dass bei senderseiticor Verwendung der Eimerkettenschaltung die Entnahme de3 Tonsignals bzw. bei empfangerseitiger Verv/ondung dor Eimerkettenschaltung die Aufnahme das ■ Tonsignals rait einer aus'der Farbhllfsträ'gerfrequenz hergeleiteten Taktfrequenz* z.B. bei TAL-Signalen mit einer der dreifachen Parbhilfstragarfrequenz entsprechenden Taktfrequenz, erfolgt.

SAD

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