DE2420830A1

DE2420830A1 - Verfahren und vorrichtung zur bandbreitenkompression

Info

Publication number: DE2420830A1
Application number: DE2420830A
Authority: DE
Inventors: Roy Walter Lewallen; Glen Rae Southworth; John Earl Sparks
Original assignee: COLORADO VIDEO Inc
Current assignee: COLORADO VIDEO Inc
Priority date: 1973-04-30
Filing date: 1974-04-30
Publication date: 1974-11-21
Also published as: DE2420830C2; GB1457142A; JPS5017123A; SE388992B; JPS5841712B2; US3950607A

Description

Patentanwalt BipL-Ing. Walfang Bcichel

6 Frankfurt a. M. 1
Parkslraße 13

7839

COLORADO VIDEO, INC., Boulder, Colorado 80302, V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Bandbreitenkompression

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bandbreitenkompression , sie bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bandbreitenkompression von Videosignalen, die in ein schmalbandiges, zur Übertragung geeignetes Signal umgewandelt werden.

Es ist oftmals erwünscht, breitbandige Signale in schmalbandige Signale umzusetzen, damit das resultierende Signal leichter verarbeitbar ist und z.B. leichter weiter übertragen werden kann. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, breitbandige Videosignale, wie z.B. Realzeit-Fernsehsignale, in schmalbandige Signale umzusetzen, damit die erforderliche Information über billige Leitungen, z.B. Fernsprechleitungen, übertragen werden können, die im Vergleich zu den zur Breitbandübertragung erforderlichen Koaxialkabeln oder Mikrowellenübertragungsstrecken kostengünstig sind.

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Schmalbandige Videosignale können durch Verwendung von Spezialkameras oder Abtasteinrichtungen erzeugt werden, die geringe Zeilenfrequenz und Vollbildfrequenz besitzen. Geräte, die nach dieser Technik arbeiten, besitzen allerdings einige unerwünschte Eigenschaften und werfen bezüglich ihrer Verwendbarkeit, ihrer Stabilität und des Störabstandes sowie bezüglich der Monitortechnik Probleme auf.

Außerdem wurden zur Erzeugung schmalbandiger Videosignale Samplingverfahren eingesetzt, wobei die Videosignale in der Kamera oder der mit Realzeitfrequenzen arbeitenden Abtasteinrichtung erzeugt werden und die Bandbreite dann dadurch reduziert wird, daß das Videosignal im Samplingverfahren mit wesentlich kleiner Frequenz abgetastet wird. Ein derartiges Verfahren wurde z.B. von Altes und Reed in dem Aufsatz "Slow-Scan Adapter for Conventional TV Signals", erschienen in dem Electronics Magazine, Juni, 1957, und in den US-PS 2 955 159, 3 284 567 und 3 683 111 beschrieben.

Verfahren und Vorrichtungen, in denen das Samplingverfahren eingesetzt ist, haben sich für einige Verwendungszwecke als vorteilhaft erwiesen, sie eignen sich aber nicht in befriedigender Weise für alle beabsichtigten Verwendungszwecke. So macht ihr Einsatz z.B. Änderungen in der Kamera erforderlich und ist auf Ausgangsdatenflüsse beschränkt, die mit der Samplingfrequenz übereinstimmen; außerdem ist ein Zwischenpunkt (dot interlaced)-Samplingverfahren erforderlich, um die Bandbreite in die Größe der Bandbreiten von Fernsprechleitungen zu komprimieren, wodurch die Kompatibilität mit anderen, vorhandenen Widergabeeinrichtungen infrage gestellt ist, außerdem ist eine spezielle Synchronisierschaltung im Empfänger erforderlich, und es treten spezielle Überlagerungsstörungen auf, die, sofern sie in den Übertragungskreisen erzeugt sind, zu Mehrfachgeisterbildern führen; und/oder derartige Vorrichtungen sind nicht in der Lage, ein nicht-verflochtenes, kontinuierliches Ausgangssignal zu liefern,

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wenn die Information von beiden Halbbildern eines im Zeilensprungverfahren erzeugten Eingangssignals verarbeitet wird.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, die Nachteile und Probleme der genannten Verfahren und Vorrichtungen zu beheben.

Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens zur Bandbreitenkompression gelöst, bei dem ein Eingangssignal mit relativ breitem Frequenzband in ein Ausgangssignal mit relativ schmalem Frequenzband, umgesetzt wird, und welches dadurch gekennzeichnet ist _s daß folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind: Der Empfang des Eingangssignals, die Erzeugung eines mindestens eine vorgegebene Kenngröße des Eingangssignals kennzeichnendes, digitalen Signals aus dem Eingangssignal, die Speicherung des digitalen Signals,und die Umwandlung des digitalen Signals in eine analoge Form, die im wesentlichen die gleichen vorgegebenen Kenngrößen aber gegenüber dem empfangenen Eingangssignal eine relativ schmale Bandbreite besitzt.

Die Aufgabe wird außerdem durch eine Vorrichtung gelöst, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet und die gekennzeichnet ist durch ein Eingangsteil zum Empfang eines Eingangssignals bestimmter Bandbreite, durch eine Signalverarbeitungs- und Speichervorrichtung, die an das Eingangsteil angeschlossen ist, das Eingangssignal im Samplingverfahren abtastet und das abgetastete Signal weiter verarbeitet und dabei ein Ausgangssignal in analoger Form erzeugt, welches im wesentlichen dieselben vorgegebenen Eigenschaften des Eingangssignals, aber eine gegenüber dem Eingangssignal relativ schmale Brandbreite besitzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Signalverarbeitungs- und Speichereinheit einen ersten an das Eingangsteil angeschlossenen Konverter zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals, welches die vorgegebenen Eigenschaften des im Eingangsteil empfangenen Signals wiedergibt, sie enthält außerdem

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eine an den ersten Konverter angeschlossene Speicheranordnung zur Speicherung des vom ersten Konverter gelieferten Signals, und sie enthält einen an die Speicheranordnung angeschlossenen zweiten Konverter, der auf das von der Speicheranordnung gelieferte Signal anspricht und das Ausgangssignal in analoger Form erzeugt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erzeugung eines schmalbandigen Ausgangssignals, die eine Vorrichtung zur bandbreiten Kompression nach der Erfindung enthält;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur bandbreiten Kompression;

Fig. 3A -3J mehrere typische Signalformen, die den zeitlichen Verlauf zwischen den verschiedenen Signalen der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung wiedergeben;

Fig. 3K das Ausgangssignal des Analogschieberegisters an der in Fig. 10 mit K bezeichneten Stelle; der Zeitmaßstab ist derselbe wie für die in den Fig. 3A bis 3J dargestellten Signalverläufe;

Fig. 4 mehrere typische Signalverläufe, die Einzelheiten der in Fig. 3 gezeigten Signalverläufe angeben;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer xreiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Bandbreitenkompression;

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Fig. 6 mehrere typische Signalverläufe, die den zeitlichen Ablauf zwischen verschiedenen Signalen der in Fig. 5 abgebildeten Vorrichtung wiedergeben;

Fig. 7 einen Pufferspeicher, der in der Vorrichtung zur Bandbreitenkompression einsetzbar ist;

Fig. 8 eine Taktgebereinheit und eine »Teile-Durch-Sieben"~Einheit, die in der Vorrichtung zur Bandbreitenkom_r pression einsetzbar sind;

Fig. 9 einen Digital/Analogkonverter, der in der Vorrichtung zur Bandbreitenkompression verwendbar ist;

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung, bei der ein Analogschieberegister als Pufferspeicherelement eingesetzt ist; und

Fig. 11 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung, bei der Analogschieberegister als Pufferspeicherelemente eingesetzt sind.

Fig. 1 gibt eine Gesamtdarstellung einer Vorrichtung zur Bandbreitenkompression in vereinfachter Form wieder. Ein breitbandiges Videosignal, welches z.B. aus einer bekannten Videoquelle, wie z.B. einer TV-Kamera (nicht dargestellt) gewonnen wird, wird über eine Klemmschaltung 4 an einen Abtast- und Haltekreis 5 geführt. Das Ausgangssignal des Abtast- und Haltekreises 5 besteht aus einem getasteten Videosignal, welches über die Leitung 6 der Vorrichtung zur Bandbreitenkompression 7 zugeführt wird. Das breitbandige Video-Eingangssignal wird außerdem einem Amplituden-

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sieb 9 zugeführt, dessen Ausgang mit der Horizontalsteuereinheit 10 und der Vertikalsteuereinheit 11 verbunden ist, die über die Leitungen 14 und 15 der Vorrichtung 7 ein Ausgangssignal zuführen. Zusätzlich wird das Ausgangssignal der Horizontalsteuereinheit 10 der Klemmschaltung 4 und dem Impulsgenerator 18 zugeführt. Die Schaltung liefert also der Vorrichtung zur Bandbreitenkompression drei Eingangssignale, nämlich das getastete Videoeingangssignal (vom Abtast- und Haltekreis 5, über die Leitung 6), das horizontale Synchronsignal (über die Leitung 14 von der Horizontalsteuereinheit 10) und ein Vertikalsynchronsignal (über die Leitung 15 von der Vertikalsteuereinheit 11). Die diese Eingangssignale erzeugenden Schaltungen sind ausführlich in der US-PS 3 683 111 beschrieben.

Das Abtastverfahren (Sampling) bekannter Art ermöglicht in seiner einfachsten Form, ohne Punktsprung (dot interlace), eine Bandbreitenkompression auf 8 kHz für das amerikanische 525-Zeilen-Fernsehsystem und das europäische 625-Zeilen-Fernsehsystem. Die gemäß dieser Erfindung beschriebene Vorrichtung ist so ausgelegt, daß sie eine weitere Kompression der Bandbreite bis auf etwa 1 kHz ermöglicht und dadurch mit weniger teuren Übertragungsleitungen, z.B. konventionellen Fernsprechleitungen kompaktibel ist. Dabei stellt die Bandbreite von 1 kHz keinen Grenzwert dar und die Vorrichtung zur Bandbreitenkompression kann auch zur Signalkompression in andere Bandbreiten verwendet werden.

In der in Fig. 2 dargestellten Anordnung wird das getastete Video-Eingangssignal über die Leitung 6 einem Analog/Digitalkonverter 24 zugeführt. Wie in Fig. 3A gezeigt ist, enthält das getastete Video-Signal normalerweise mehrere Ausgangssignale (in Fig. 3A mit 1 bis 12 bezeichnet). Der Analog/Digitalkonverter 24 setzt das getastete Videosignal in einer durch das Horizontalsynchronsignal gesteuerten Horizontalperiode in eine parallele

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digitale Form um. Dabei hat sich die Umsetzung in 6 Bits (d.h. theoretisch in 64 grey-levels) als zufriedenstellende Anzahl erwiesen, aber es kann auch eine andere Anzahl eingesetzt werden. Die Umsetzung in 6 Bits hat sich allerdings als vorteilhaft erwiesen, da sich eine kleinere Anzahl von Bits in einer Konturenbetonung des wiedergewonnenen Bildes äußerst, während eine größere Anzahl an Bits einen zusätzlichen Schaltungsaufwand mit sich bringt.

Der Ausgang des Analog/Digitalwandlers 24 wird über mehrere Leitungen mit dem Eingang des Pufferspeichers 34 verbunden (in Fig. 6, in der 6 Bits verwendet werden, sind hierfür die mit 26 bis 31 bezeichneten Leitungen vorgesehen). Der Pufferspeicher 34 besteht aus N L-Bit-Schieberegister, wobei N die Anzahl der Ausgänge des Analog/Digitalkonverters darstellt (in Fig. 2 ist N = 6)^und wobei L die Länge des oder die Anzahl der Speicherelemente im Schieberegister bezeichnet (für ein amerikanisches Fernsehsystem kann L = 256 betragen, wie in Fig. 2 angedeutet). Obwohl auch Speicher mit direktem Zugriff (RAM-Speicher) oder andere digitale Speichereinheiten eingesetzt werden können, scheint die "Verwendung von Schieberegistern die einfachste Realisierung darzustellen.

Die Länge L ist durch die Anzahl der horizontalen Abtastzeilen (scan-lines) pro Halbbild des ursprünglichen Videsignals festgelegt (d.h. durch die Anzahl der Abtastpunkte (samples) pro vertikaler Samplespalte des getasteten Videosignals). L sollte größer als die Anzahl der aktiven (d.h. nicht ausgetasteten) Abtastzeilen aber kleiner als die gesamte Anzahl der Abtastzeilen sein. Für das amerikanische Fernseh-Standardsystem (d.h. 525 Zeilen-System) bedeutet das, daß L größer als 242,5 und kleiner als 262,5 sein sollte. Für das europäische Fernseh-Standardsystem (d.h. 625~Zeilensystem) sollte folglich L größer als 290 und kleiner als 312,5 sein. Das Einschreiben der Daten in die Pufferspeichereinheit und das Auslesen der Daten

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aus dieser Pufferspeiehereinheit wird durch Verwendung von durch die Taktgebereinheit 36 erzeugten Taktimpulse erreicht, die über die Leitung 38 an das Schieberegister abgegeben werden, vgl. Fig. 2. Der Ausgang der Pufferspeichereinheit 34 ist über mehrere Leitungen (für die in Fig. 2 verwendeten 6 Bits stehen hierfür die mit 40 bis 45 bezeichneten Leitungen zur Verfügung) mit dem Digital/Analogkonverter 48 verbunden, der ein zweites Eingangssignal über die Leitung 50 von der Taktgebereinheit 36 erhält. Das Ausgangssignal des Digital-Analogkonverters wird über die Leitung 52 herausgeführt, dieses Ausgangssignal stellt ein analoges Signal dar, welches dieselben Amplitudenvariationen wie das getastete Videosignal besitzt, aber dessen Zeitachse im Verhältnis D zu 1 gestreckt ist, wobei D eine vorgegebene Sampling-Frequenz darstellt, die durch die Dividierschaltung 54 zusammen mit der Taktgebereinheit 36 bestimmt ist (Dividierschaltung 54 ist in Fig. 2 als eine Einheit dargestellt, die durch sieben teilt).

Wie in Fig. 2 weiterhin dargestellt ist, kann die Identifikation der Halbbilder innerhalb der Vorrichtung durch eine Halbbild-Identifikationseinheit 56 durchgeführt werden, die die Horizontal- und die Vertikalsynchronisiersignale zugeführt erhält, und deren Ausgangssignal über die Leitung 58 der Halbbild-Kodiereinheit 60 zugeführt wird, welcher außerdem über die Leitung 52 des Ausgangssignals des Digital/Analogkonverters zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Halbbild-Kodiereinheit 60 stellt ein schmalbandiges Ausgangssignal dar, welches über die Leitung der Vorrichtung entnommen werden kann.

Die Arbeitweise der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung zur Bandbreitenkompression läßt sich anhand der in Fig. 3 dargestellten typischen, schematischen Signalverläufe genauer erläutern. Nachdem

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ein externer Startimpuls über die Leitung 64 an die Taktgebereinheit 36 gelangt ist (vgl. Fig. 3B), der besagt, daß die Samplingspalte über das Raster bewegt wird) spricht die Taktgebereinheit 36 erst an, wenn der nächste Vertikalsynchronimpuls erscheint. Die Taktgebereinheit führt also eine Verzögerung für eine Zeitperiode durch, die kleiner als die horizontale Austastperiode ist (hierdurch kann z.B. eine Verzögerung von 16 H (H = die horizontale Zeilendauer) bewirkt v/erden, wie . in Fig. 3G angegeben) anschließend erzeugt ein Taktimpuls ein Einschreibe-Torsignal, vgl. Fig. 3D. Die in den Fig. 3C und 4D dargestellte kurze Verzögerung von 16 H ist erforderlich, um die 256 abgetasteten Speicherelemente zeitlich so zu positionieren, daß sie mit einem Austastvorgang starten und einem Austastvorgang enden.

Wenn die Einschreibe-Torschaltung auf ist, läßt sie Taktimpulse hindurch (vgl. Fig. 3F, die von dem Horizontalsynchronsignal abgeleitet sind und mit der Horizontalfrequenz erzeugt werden, die gleich derjenigen Frequenz ist, mit der der Analog/Digitalkonverter betrieben wird. Die Taktgebereinheit zählt die Anzahl der Taktimpulse; sobald 256 Impulse erzeugt sind, wird die Einschreibe-Torschaltung geschlossen, um zu verhindern, daß weitere Taktimpulse mit der Horizontalfrequenz hindurch gelangen. Die Pufferspeicher-Schieberegister sind dann voll und enthalten, in einer 6-Bit-Darstellung, die Amplitude von 246 Abtastpunkten von dem getasteten Videosignal Nr. 1.

Die Taktgebereinheit erwartet nun den nächsten Vertikalsynchronimpuls, d.h. denjenigen Synchronimpuls, der dem in Fig. 3A mit der Nr. 3 bezeichneten, getasteten Videosignal vorausgeht. Zwischen dem Einschreibe-Torsignal und dem Lese-Torsignal entsteht daher ein Zeitintervall, welches zur Kodierung des Ausgangssignals hinsichtlich des Zeilensprunges verwendet wird,

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wie noch näher erläutert wird. Die zeitliche Reihenfolge des Einschreibe-Torsignals, des vertikalen Austastsignals und des Vertikalsynchronsignals läßt sich anhand der Fig. 4A bis 4D genauer erläutern. Die dort angegebenen Kurvenformen entsprechen dem in dem EIA-Standard RS-170 angegebenen Synchronsignalformat, es sei darauf hingewiesen, daß sich das Verfahren des Erfindungsgegenstandes - aber auch bei anderen Formaten verwenden läßt.

Beim Empfang des dem mit Nr. 3 bezeichneten, getasteten Videosignals vorausgehenden Vertikalsynchronimpulses erzeugt die Taktgebereinheit ein Lese-Torsignal (vgl. Fig. 3E). Dieses Signal läßt durch eine Torschaltung ein Taktimpulssignal passieren, welches aus dem Horizontalsynchronsignal durch Division mit dem Faktor D abgeleitet ist, der entsprechend der Fig. 2 gleich dem Wert 7 sein kann (die Einheit 54 wird auch als "Teile-durch-7"-Einheit bezeichnet).

Dieses Taktimpulssignal schiebt die Daten mit dieser neuen reduzierten Geschwindigkeit aus den Schieberegistern in den .Digital/Analogkonverter (vgl. 3H). Der Digital/Analogkonverter wird über die Leitung 50 durch den von der Taktgebereinheit 36 erzeugten Lese-Torimpuls in betriebsfähigem Zustand versetzt und setzt die digitalen Daten wieder in ein Analogsignal um, welches dieselbe Amplitudencharakteristik besitzt wie das getastete Video-Eingangssignal, dessen Zeitmaßstab aber mit dem Faktor D gestreckt ist (D = 7, wie beispielhaft in Fig. 2 gezeigt ist), vgl. Fig. 3H. Sobald die 256 Taktimpulse hindurchgelassen sind, wird die Lesetorschaltung wieder in geschlossenen Zustand versetzt und die Taktgebereinheit ist in Ruhestellung, bis der nächste Vertikalsynchronimpuls erscheint, bei dessen Eintreffen der Einschreibe-Lesezyklus wiederholt wird.

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Die Wahl· des Faktors D beeinflußt den Betrieb in verschiedener Weise. Wird eine ungerade Zahl gewählt, so wird aufgrund der zeitlichen Steuerung der Einschreibe-Torschaltung bei einem Einschreibevorgang aus einem Halbbild und beim nachfolgenden Einschreibevorgang vom anderen Halbbild Information eingeschrieben. Dieser Wechsel erfolgt automatisch für alle ungeraden D-Werte, die die Bedingung

SDH - LDH < SH (1)
oder

~^T (2)

erfüllen, wobei S die Anzahl der Zeilen pro Halbbild ist,L die Anzahl der Speicherelemente pro Schieberegister angibt, D den Teilfaktor der Taktimpulse kennzeichnet und H die Zeilendauer darstellt. Aufgrund dieser Beziehung muß z.B. D kleiner als sein, wenn S den Wert 262.5 und L den Rest 256 besitzen.'

Wir eine gerade Zahl für den Faktor D gewählt, dann wird die Lese-Torschaltung automatisch in aufeinanderfolgenden Zyklen immer aus demselben Halbbild Information einschreiben, wobei das andere Halbbild dann nicht berücksichtigt wird. Die Wahl zwischen dem einen oder dem anderen Halbbild kann dann durch ein entsprechend geeignetes Vertikalsynchronsignal erreicht werden, wofür das Halbbild-Identifikationssignal über die in Fig. 2 gestrichelt eingetragene Leitung 63 eingesetzt wird. Der Faktor D muß auch in diesem Fall die Bedingung (2) erfüllen.

Die Wahl von D beeinflußt außerdem die Größe der erreichten Bandbreitenkompression. Durch das Abtastverfahren wird das breitbandige Video-Eingangssignal mit der Horizontalfrequenz abgetastet (die Frequenz ist tatsächlich aufgrund des Bildwechsels geringfügig kleiner als die Horizontalfrequenz), so daß die erzielbare Bandbreite des getasteten Signals (die Komponenten höchster Frequenz mit Bildinformation)

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f max = 1/2H (3)

beträgt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine weitere Bandbreitenkompression um den Faktor D, auf

f max = 1/2DH (4)

erzielt. Einige typische Bandbreiten eines 525-Zeilen-Fernsehsystems sind im folgenden für verschiedene Faktoren D aufgelistet:

D f max (Hz)

2 3,938

3 2,625

4 1,969

5 1,575

6 1,312

7 1,125

8 984

9 875

10 * * 788

11 716 21 375

Das Halbfeld(gerader oder ungerader Zeilensprung), von dem das Signal ausgetastet wurde, kann durch die Halbbild-Identifikationsschaltung bestimmt werden. Diese Art von Schaltung bestimmt die Position des Horizontalsynchronimpulses nach einem Vertikalintervall (und nach Ausgleichimpulsen , sofern diese vorhanden sind) und erkennt dadurch, ob das Halbfeld unmittelbar' nach der vertikalen Austastung eine volle oder eine halbe Zeile besitzt.

Diese Information kann dann verwendet v/erden, um die Halbbildkodierung in das Austastintervall (dasjenige Intervall, in dem über die Leitung 50 kein Betätigungssignal anliegt) des Digital/Analogkonverterausgangssignals einzufügen.

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Die Halbbildkodierung kann auf viele verschiedene Weisen durchgeführt werden. Eine einfache Möglichkeit besteht darin, dem schmalbandigen Ausgangssignal einen Synchronimpuls hinzuzufügen, dessen Polarität demjenigen des Videosignals entgegengesetzt ist, und dessen Breite in Übereinstimmung mit dem Synchronidentifizierungssignal zu modulieren. Ein anderes Verfahren bestünde darin, einzelne oder mehrere Impulse in das Austastintervall einzufügen. Auf jeden Fall erlaubt es diese Kodierung dem Empfangsgerät, den Zustand des ankommenden, schmalbandigen' Videosignals bezüglich des Zeilensprungzustandes zu identifizieren, so daß dieses Signal im Empfänger richtig angezeigt oder in einer anderen Weise zur Verfügung gestellt wird.

Eine veränderte Ausführungsform der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Diese Ausführungsform beruht auf demselben Grundkonzept (Analog/Digltal-Umwandlung, digitale Speicherung mit einem Zweifrequenzen-Taktsignal und Digital/Analogumwandlung), durch die Hinzunahme eines weiteren Pufferspeicherelementes läßt sie sich aber auch zur Erzeugung eines Ausgangssignals reduzierter Bandbreite einsetzen, welches die Zeilensprungeigenschaften nicht mehr besitzt.

Das getastete Videosignal (vgl. Fig. 6A) wird wiederum dem Analog/Digitalkonverter 24 zugeführt, der Ausgang dieses Konverters ist aber mit den Eingangsanschlüssen zweier identischer Pufferspeichereinheiten 34 und 70 verbunden. Das Einschreiben und das Auslesen der Daten in bzw. aus den Pufferspeichern wird durch Taktimpulse bewirkt, die von der Taktgebereinheit 72 in geeigneter Reihenfolge durch entsprechende Taktgeberschaltungen den beiden Pufferspeichern zugeführt werden. Die Arbeitsweise der Taktgebereinheit läßt sich am besten anhand der in Fig. 6 dargestellten Kurvenverläufe erläutern. Nach dem Empfang eines Startimpulses (vgl. Fig. 6B) wartet die Taktgebereinheit den nächsten Vertikalsynchronimpuls ab, der einem in der Halbbild-

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Identifikationseinheit 56 bestimmten, ungeraden Halbbild (vgl. Fig. 6C und 6D) vorauseilt und erzeugt dann einen "ungeraden" Schreib-Torimpuls (vgl. Fig. 6e). Dieser Torimpuls läßt die
von den Horizontalsynchronsignalen abgeleiteten, die Horizontalfrequenz besitzenden Taktimpulse in die Pufferspeichereinheit 34 gelangen (vgl. Fig. 6K). Der Pufferspeicher 34 wird dadurch mit Daten gefüllt, die für ein getastetes Videosignal eines
ungeraden Halbbildes kennzeichnend sind. Die Taktgebereinheit zählt die Taktimpulse und setzt das Einschreibetor in den geschlossenen Zustand zurück, sobald 256 Impulse gezählt wurden und verhindert auf diese Weise, daß weitere Taktimpulse in den Pufferspeicher 34 einlaufen.

In ähnlicher Weise wird während des nachfolgenden getasteten Signals des geraden Halbbildes ein "gerader''Schreibtorimpuls erzeugt, der das Einschreiben von Daten dieses getasteten
Signals in den Pufferspeicher 70 ermöglicht (vgl. Fig. 6D, OF und 6L).

Beim nächsten Vertikalsynchronimpuls wird nun ein Lesetorimpuls erzeugt (Fig. 6G). Dieser Lesetorimpuls setzt den Digital/Analogkonverter 48, in betriebsfähigen Zustand, der während des Einschreibvorganges zur Vermeidung von Schwankungen im Ausgangssignal nicht betriebsfähig war und setzt außerdem einen durch zwei teilenden Zähler 74 in Betrieb. Dieser Zähler erzeugt das Steuersignal für die Ausgangstorschaltung 76 (vgl. Fig. 6«J), sein Anfangszustand ist dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher 34 über die Ausgangstorschaltung 76 mit dem Digital/ Analogkonverter verbunden ist. Bei Erscheinen des nächsten
H/7-Taktimpulses (Taktimpuls mit der Periodendauer H/7, vgl. Fig. 6h) ändert sich das Steuersignal für die Ausgangstorschaltung und schließt den Pufferspeicher 70 an den Digital/Analogkonverter an. Gleichzeitig wird ein Taktimpuls dem Pufferspeicher 34 zuge-

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führt, der die Daten um 1 Bit verschiebt. Dieser Wechselbetrieb wird solange fortgesetzt, bis jedes Schieberegister 256 Taktimpulse empfangen hat und daraufhin die Lesetorschaltung in geschlossenen Zustand gesetzt wird, wobei dann der Digital/Analogkonverter in den nicht betriebsfähigen Zustand gebracht wird und die H/7-Taktimpulse daran gehindert werden, in die Pufferspeicher zu gelangen. Als Ergebnis des geschilderten Vorganges erhält man vom Digital/Analogkonverter ein Ausgangssignal, welches eine analoge Darstellung der von zwei voneinander verschiedenen Halbbildern ausgetasteten Daten wiedergibt, wobei einander benachbarte Bestandteile der Darstellung abwechselnd den beiden Halbbildern entnommen sind, so daß insgesamt 256 χ 2 = 512 "Abtast-Punkte durch das Ausgangssignal wiedergegeben werden (vgl. Fig. 6M), Die Bandbreite dieses Ausgangssignals ist dabei durch die oben genannte Gleichung (4) gegeben.

Fig. 7 zeigt die Pufferspeichereinheit 34, die in der in Fig. dargestellten Vorrichtung einsetzbar ist. Der Eingang des Pufferspeichers besteht aus mehreren Leitungen 26 bis 31» von denen je eine an je ein Schieberegister angeschlossen ist (in Fig. sind sechs derartige Register 80 bis 85 gezeigt, die als statische, duale 128;gi-t;-Schieberegister ausgebildet sind und z.B. durch den Typ 2521 der Signetics Corp., Sunnyvale, California, realisiert sind). Jedes dieser Schieberegister ist mit einer -12V-Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt) und mit einer +SV-Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden, außerdem sind mehrere Dioden 87 bis 92 zwischen die Eingangsleitungen und die +5V-Leitung der Gleichspannungsversorgung gelegt, um die interne Schaltungen der Schieberegister zu schützen. Zusätzlich empfängt jedes Schieberegister über die Leitung 38 ein Eingangssignal von der Taktgebereinheit 36. Das digitale Ausgangssignal der Schieberegister der Pufferspeicher wird über die Leitungen 40 bis 45 nach außen geführt.

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Die Taktgebereinheit 36 und die "Teile-durch-7"-Einheit, vgl. Pig. 2, werden in Pig. 8 genauer dargestellt, Fig. 9 zeigt den Digital/Analogkonverter 48 in seinem Aufbau. Dabei wird angenommen, daß Aufbau und Arbeitsweise der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Schaltungen von dem Durchschnittsfachmann aus diesen Abbildungen entnommen werden können.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung kann außerdem durch ein Analog-Schieberegister verwirklicht werden (vgl. Fig. 10). Ein derartiges Schieberegister ist in der US-PS 2403 955 offenbart, es ist erst seit kurzem als Halbleiterbaustein erhältlich. Eine derartige Anordnung speichert Abtastsignale von Analogsignalen als Ladungspegel, die abhängig von Taktimpulsen von Element zu Element getaktet werden.

In dieser Ausführungsform tritt das Analog-Schieberegister 226 und ein Abtast- und Haltekreis 228 an die Stelle des Analog/Digitalkonverters, des digitalen Pufferspeichers und des Digital/Analogkonverters der Fig. 2. Die resultierende Vorrichtung ist in Fig. 10 dargestellt. Diese Vorrichtung enthält dieselbe Taktgeberschaltung und den in den Fig. 3A bis 3F, 3J und 3K entsprechende Signalformen, mit der Ausnahme, daß 3J nun das Abtast- und Halte-Ausgangssignal darstellt. Der Abtast- und Haltekreis ist erforderlich, da das Ausgangssignal des Analog-Schieberegisters ein auf den Wert null zurückkehrendes Signal darstellt (eine Rechteckfunktion, dessen Basisamplitude festliegt, dessen obere Amplitude proportional zu dem analogen Eingangssignal variiert^ wie in Fig. 3K dargestellt ist). Der.Abtast- und Haltekreis dehnt die Impulse auf die volle 7H-Periode und erzeugt auf diese Weise ein kontinuierliches Analogsignal.

Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung, bei der Analog-Schieberegister 232 und als Pufferspeicherelemente eingesetzt sind. Der zeitliche Verlauf der Signale entspricht dem in Fig. 6 dargestellten Verlauf,

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mit der Ausnahme, daß M nun das Abtast- und Halte-Ausgangssignal darstellt und nicht das Ausgangssignal des Digital-Analogkonverters.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Bandbreitenkompression , bei dem ein Eingangssignal mit relativ breitem Frequenzband in ein Ausgangssignal mit relativ schmalem Frequenzband umgesetzt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind: der Empfang des Eingangssignals, die Erzeugung eines digitalen Signals aus dem Eingangssignal, welches mindestens eine vorgegebene Kenngröße des Eingangssignals kennzeichnet, die Speicherung des digitalen Signals und die Umwandlung des digitalen Signals, in eine analoge Form, die im wesentlichen die vorgegebenen Kenngrößen aber eine relativ schmalere Bandbreite als das Eingangssignal enthält.

Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Halbbild des Eingangssignals aufgebaut wird, und daß das Ausgangssignal reduzierter Bandbreite zum Zweck der Identifizierung halbbildkodiert ist.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Kenngröße des Eingangssignals aus der Amplitude des Video-Eingangssignals besteht.

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4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,

dadurch ge! kennzeichnet, daß in dem Verfahrensschritt, in dem das digitale Signal erzeugt wird, die Umsetzung des Eingangssignals in ein binär kodiertes Signal enthalten ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß in dem Verfahrensschritt, in dem das digitale Signal erzeugt wird, das wiederholte Abtasten der Amplitude des Eingangssignals enthalten ist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal aus einem Zeile für Zeile abgetasteten Videosignal besteht, und daß die aufeinanderfolgenden Zeilen entsprechenden digitalen Signale getrennt gespeichert werden und abwechselnd wieder in die analoge Form umgesetzt werden, um ein Ausgangssignal ohne Zeilensprung zu erhalten.

7. Vorrichtung zur handbreiten Kompression nach dem in den Ansprüchen 1 bis 6 angegebenen Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemmschaltung (4) für den Empfang eines breitbandigen Eingangssignals vorgesehen ist, daß Signalverarbeitungs- und Speichereinheiten (5, 24, 34, 70, 226, 232, 234), an die Klemmschaltung (4) zur Abtastung des Eingangssignals und der weiteren Verarbeitung des getasteten Signals angeschlossen sind, um aus dem getasteten Signal ein Ausgangssigna.l in analoger Form zu erzeugen, welches im wesentlichen die gleiche, vorgegebene

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Charakteristik wie das Eingangssignal aber eine gegenüber dem Eingangssignal relativ schmale Bandbreite besitzt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Signalverarbeitungs- und Speichereinheiten einen an die Klemmschaltung (4) angeschlossenen ersten Konverter (51 24) zur Erzeugung eines digitalen Signals enthält, welches eine vorgegebene Kenngröße eines von der Klemmschaltung aufgenommenen Eingangssignals kennzeichnetj daß Speichereinrichtungen (34, 70, 226, 232, 234) an den ersten Konverter (5; 24) zur Speicherung des Ausgangssignals des Konverters angeschlossen sind, und daß ein zweiter Konverter (48; 228) an die Speichereinrichtungen (34_S 70, 226, 232, 234) angeschlossen ist, der aus den zugeführten Ausgangssignalen der Speichereinrichtungen das Ausgangssignal in analoger Form erzeugt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Konverter einen Analog/Digitalkonverter (24) zur Umwandlung der Amplitude des Eingangssignals in ein binäres Ausgangssignal enthält.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Analog/Digitalkonverter (24) die Amplitude jedes Teilbereiches des empfangenen Eingangssignals in ein parallel-binär-kodiertes Wort mit vorgegebener Bitzahl umsetzt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes der vom Analog/Digitalkonverter (24) gelieferten binären Worte nacheinander in die Speichereinheiten (34, 70,

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226., 232, 234) einschreibbar ist.

12. Vorrichtimg nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (54) zur Vorgabe der Bandbreitenreduktion vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Konverter einen Digital/Analogkonverter (48) zur Erzeugung eines Analogsignales enthält, welches die gleichen Amplitudenschwankungen wie das an der Klemmschaltung (4) empfangene Eingangssignal aber einen gestreckten Zeitmaßstab besitzt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der erste Konverter einen Abtastkreis (5) zur periodischen Abtastung der Amplitude des Eingangssignals enthält, und daß die Speichereinrichtungen einen Analogsignal-Pufferspeicher (226, 232, 234) enthalten, in die die Signale vorteilhaft als Ladungspegel eingespeichert werden.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, daß Steuereinrichtungen (36, 54, 72) vorgesehen sind, die eine Taktgebereinheit (36, 72) zur Steuerung der Speiehereinrichtungen (34, 70, 226, 232, 234) und des zweiten Konverters (48, 228) enthalten, und daß die Eingangsinformation mit einer Taktfrequenz in die Speichereinrichtungen eingebbar sind und mit einer vorgegebenen, verminderten Taktfrequenz aus den

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Speichereinrichtungen auslesbar und in ein Analogsignal umsetzbar sind.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 15,

dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen als Pufferspeicher (34, 70, 226, 232, 234) mit mehreren Schieberegistern ausgebildet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferspeicher mehrere Pufferspeichereinheiten (34, 70; 232, 234) zur alternierenden Zeilenspeicherung enthalten.

18. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtungen eine erste und eine zweite Pufferspeichereinheit (34, 70; 232, 234) enthalten, die an den ersten Konverter (5, 24) angeschlossen sind und dessen Ausgangs signal im ¥echsel empfangen, daß eine Ausgangstor schaltung (76) an die beiden Pufferspeichereinheiten (34, 70; 232, 234) angeschlossen ist und deren Ausgangssignale aufnimmt, daß eine Taktgebereinheit (72) an die beiden Pufferspeichereinheiten (34, 70, 232, 234) angeschlossen ist, daß die Ausgangstorschaltung (76) und der erste (5, 24) und der zweite (48, 228) Konverter die Amplitude des an der Klemmschaltung (4) empfangenen Eingangssignal zur Speicherung in ein digitales Signal umsetzen und das digitale Signal in ein analoges Signal zurückwandeln, welches eine relativ zur Bandbreite des Eingangssignals kleine Bandbreite besitzt und nicht dem Zeilensprungverfahren unterliegt.

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19. Vorrichtung nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet, daß der Teiler (74) an die Taktgebereinheit (72) und die Ausgangstorschaltung (76) angeschlossen ist und die von der ersten und der zweiten Pufferspeichereinheit (34, 70; 232, 234) gelieferten Ausgangssignale im Wechsel dem zweiten Konverter (48, 228) zuführt.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 19, dessen Eingangssignal aus einem Zeile für Zeile und Halbbild für Halbbild übertragenen Videosignal besteht,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Halbbild-Identifikationseinheit (56) zur Bestimmung des Halbbildes jedes Eingangssignals vorgesehen ist, und daß eine Halbbildkodierschaltung (60) der Halbbild-Identifikationseinheit (56) zur Identifizierung des erzeugten schmalbandigen Signales nachgeschaltet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 8, in der das Eingangssignal aus einem breitbandigen, gerasterten Videosignal besteht,

dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal, einem Amplitudensieb (9)_f einer nachgeschalteten Horizontal- und einer nachgeschalteten Vertikalsteuereinheit (10, 11) zugeführt ist, daß die Taktgeberschaltungen (36, 54) von den Horizontal- und Vertikalsteuereinheiten (10, 11) steuerbar und mit den Signalverarbeitungs- und Speichereinheiten (5, 24, 34, 70, 226, 232, 234) verbunden sind, um die Speicherung des getasteten Eingangssignals mit der Taktfrequenz der Taktschaltungen und die Umwandlung des getasteten Eingangssignals mit reduzierter Taktfrequenz in ein Analogsignal vorzunehmen, welches im wesentlichen 40 9847/0865

die gleichen Aiaplitudenschwankungen wie das Eingangssignal aber eine vorgegebene, schmalere Bandbreite besitzt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs- und Steuereinheiten Pufferspeicher mit Analogschieberegistern (226, 232, 234) enthalten, denen das getastete Videosignal zur Speicherung zuführbar ist, daß ein Äbtast- und Haltekreis (228) an den aus Analogschieberegistern aufgebauten Pufferspeichern (226, 232, 234) angeschlossen ist und dessen Ausgangssignale empfängt, daß Steuereinrichtungen (36, 54, 72) an den aus Analogschieberegistern aufgebauten Pufferspeicher (226, 232, 234) und den Abtast- und Haltekreis (228) angeschlossen sind, um die Speicherung der empfangenen Videosignale mit einer der Abtastfrequenz entsprechenden Frequenz durchzuführen und um den Analogsignalausgang des Abtast- und Haltekreises mit vorgegebener, reduzierter Frequenz auszusteuern, um im wesentlichen den Amplitudenverlauf des empfangenen, getasteten Videosignals mit einer vorgegebenen schmaleren Bandbreite zu erhalten.

23. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher eine erste und eine zweite aus Analogschieberegistern aufgebaute Pufferspeicher*- einheit (232, 234) enthält, denen das getastete Videosignal im Wechsel zuführbar ist, daß ein Analogschalter zwischen die aus Analogschieberegistern

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aufgebaute Puffereinheiten (232, 234) und den Abtast- und Haltekreis (228) geschaltet ist, und daß ein Teiler (74) an die Steuereinheiten (54, 72) und den Ahalogschalter angeschlossen ist, um das Analogsignal im Wechsel aus der ersten und der zweiten, aus Analogschieberegistern aufgebauten Pufferspeichereinheit (232, 234) dem Abtast- und Haltekreis (228) zuzuführen.

ReRb/Pi.

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