DE3821645A1 - Videotelefon - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Videotelefon zum Übertragen von Festbildern.

Wenn bei einem Videotelefon das Videosignal als solches übertragen wird, sind teure, breitbandige Spezialtelefon­ leitungen erforderlich, was für allgemeinen Gebrauch zu teuer ist.

Ein für jedermann erschwingliches Videotelefon muß das öffentliche Telefonnetz nutzen. Dieses ist jedoch für das Übertragen von Audiosignalen ausgelegt; das Über­ tragungsband liegt im Bereich von 300-3400 Hz. Inner­ halb dieses Bandes ist nur ein Festbild unterzubringen, das für die Übertragung zeitbasisgespreizt wird.

Fig. 1 zeigt das Übertragungssystem für ein herkömmliches Video- oder Fernsehtelefon. Eine Videokamera 1 erzeugt ein Leuchtdichtesignal Sy, das einem A/D-Wandler 2 zuge­ führt und in ein digitales Signal gewandelt wird. Das digitale Signal für eine Bildperiode wird in einen Speicher 3 eingeschrieben und aus diesem auch mit nied­ riger Geschwindigkeit ausgelesen. Das ausgelesene Signal wird in einem Parallel-Serien-Register 4 in ein serielles Signal umgewandelt. Das serielle Signal wird einem MODEM 5 zugeführt, in dem es mittels Frequenzumtastung in ein FM-Signal umgewandelt wird, mit einem Frequenzband, das im Frequenzband des öffentlichen Telefonnetzes liegt. Dieses umgesetzte FM-Signal wird über eine öffentliche Telefonleitung 9 übertragen.

Das Leuchtdichtesignal Sy wird außerdem einer Synchron­ impuls-Abtrennschaltung 6 zugeführt, die aus ihm einen Vertikalsynchronimpuls Pv und einen Horizontalsynchron­ impuls Ph abtrennt. Diese Impulse Pv und Ph werden verschiedene Schal­ tungen als Zeitvorgabesignale zugeführt. Der Horizontalsyn­ chronimpuls wird auch einer PLL-Schaltung 7 zugeführt, die daraus ein Wechselsignal bildet, dessen Frequenz 4 fc das Vierfache der Farbträgerfrequenz fc ist. Das Wechselsignal wird einem Frequenzteiler 8 zugeführt, in dem es in Impulse vorgegebener Frequenz geteilt wird. Diese werden den Schal­ tungen 2-5 als Taktsignale zugeführt.

Bei einem derartigen Videotelefon kann ein Bild über das öffentliche Telefonnetz als Schwarz-Weiß-Festbild übertragen werden.

Die Anzahl der Bildelemente in einem solchen Bild ist:

525 horizontale Zeilen × (55 525 × 4 × 3) Bildelemente = 367 500 Bildelemente.

Wenn für jedes Bildelement 8 Bits erforderlich sind und eine Übertragungsgeschwindigkeit von 240 bps verwendet wird, er­ rechnet sich die Übertragungszeit wie folgt:

367 500 Bildelemente × 8 Bits/2400 bps = 1225 Sekunden.

Es beansprucht also mehr als 20 Minuten, ein einziges Fest­ bild zu übertragen, was praktische Anwendung ausschließt. Darüber hinaus besteht der Nachteil, daß der Speicher 3 eine Kapazität von 8 Bits × 367,5 k Adressen aufweisen muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Videotelefon anzugeben, das über das öffentliche Telefonnetz Festbilder schneller senden kann als bisher.

Die Erfindung ist durch die Mekrmale von Anspruch 1 gegeben, Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Videotelefon zeichnet sich dadurch aus, daß es für ein Festbild nicht alle aufgenommenen Bildelemente überträgt, sondern daß es das aufgenommene digitale Sig­ nal in horizontaler und vertikaler Richtung ausdünnt. Nach welchen Gesichtspunkten dies erfolgt, wird weiter unten an­ hand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Ein weiteres Reduzieren zu übertragender Bildpunkte läßt sich in beson­ ders vorteilhafter Weise dadurch erzielen, daß die Tatsache berücksichtigt wird, daß bei einem Wiedergabeschirm die Ab­ lenkung normalerweise sehr stark ausgeweitet werden kann, so daß Randbereiche, die ohnehin üblicherweise wenig Bildinfor­ mation enthalten, auf dem Schirm gar nicht mehr zur Dar­ stellung gelangen. Derartige Punkte, die bei ausgeweiteter Auslenkung gar nicht mehr dargestellt würden, werden von vorneherein nicht übertragen. Wird dann empfängerseitig tat­ sächlich ausgeweitete Ablenkung verwendet, ist dennoch der gesamte Schirm gefüllt.

Werden gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung 16 Graustufen verwendet, führt dies zu guter Bilddarstellung, aber dennoch nicht zu großer Übertragungsdauer.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren 2-8 veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Übertragungssystemes für ein herkömmliches Videotelefon;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm zum Erläutern der Bild­ abtastung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines verwendeten Bildformates;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Übertragungs­ protokolles;

Fig. 5 ein Diagramm eines Signalzuges zum Erläutern der Darstellung unterschiedlicher Graustufen;

Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Videotelefones;

Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Adressignalgenerators, wie er in der Schaltung gemäß Fig. 6 verwendet wird, und

Fig. 8A-8C Signalverläufe zum Erläutern der Funktion der Schaltung gemäß Fig. 7.

Bevor das Videotelefon gemäß Fig. 6 näher erläutert wird, sei zunächst in allgemeiner Art beschrieben, wie Daten auf­ genommen werden, wobei angenommen wird, daß das NTSC-System zugrundeliegt, bei dem ein Rahmen 367 500 Bildelemente ent­ hält. Diese hohe Zahl von Bildelementen wird gemäß dem fol­ genden Verfahren ausgedünnt, um zu kürzeren Übertragungszei­ ten zu gelangen.

Es sei zunächst die Anzahl von Bildelementen in einer hori­ zontalen Zeile betrachtet. Wenn ein Videosignal entsprechend dem internationalen Standard für digitale Videorecorder di­ gitalisiert wird, wird eine Farbträgerfrequenz fc (ungefähr 3.579545 MHz) als Referenzfrequenz verwendet und ein Leucht­ dichtesiganl wird mit der vierfachen Frequenz 4 fc abgeta­ stet, wodurch 768 effektive Bildelemente pro horizontaler Zeile erzeugt werden. Wird diese Zahl von Bildelementen durch einen ganzzahligen Teiler geteilt, erhält man 256, 192, 128 oder 64 Bildelemente. 192 Bildelemente ist die Zahl der Bildelemente, die tatsächlich mit der Farbträgerfrequenz fc abgetastet wird.

Wenn das Bild als Ganzes auf dem gesamten Schirm dargestellt wird, erscheint es demgemäß vorteilhaft, 192 Bildelemente in horizontaler Richtung darzustellen, wie in Fig. 2 einge­ zeichnet. Die Zahl der Zeilen pro Rahmen ist 483, wird je­ doch der Einfachheit halber nun mit 480 angenommen. Wird diese Zahl durch einen ganzzahligen Teiler geteilt, erhält man 240, 160, 120, 80 oder 60 Zeilen. Teilt man 480 Zeilen durch 2, um 240 Zeilen im nichtverschachtelten System be­ reitzustellen, erhält man durch Teilen mit einem ganzzahligen Teiler 120, 80 oder 60 Zeilen.

Wird ein Bild ganz auf einem ganzen Schirm dargestellt, ist es demgemäß wünschenswert, die Zahl der Bildelemente in ver­ tikaler Richtung zu 240, 120, 80 oder 60 Bildelementen zu wählen.

Da weiter oben von 192 Bildelementen in horizontaler Richtung ausgegangen wurde, ergibt sich bei einem Seitenverhältnis von 3 : 4 als Zahl für die vertikalen Punkte die Zahl 144 (192 × 3/4 = 144). Dementsprechend werden vorzugsweise 120 Bildelemente in vertikaler Richtung verwendet.

Für die gesamte Bilddarstellung sind somit 192 Punkte in ho­ rizontaler Richtung und 120 Punkte in vertikaler Richtung geeignet.

In Bildtelefon kann üblicherweise die Ablenkung so stark ausgeweitet werden, daß 15% eines Bildes außerhalb der Schirmfläche liegen. Selbst wenn also die Anzahl der Bild­ elemente in horizontaler und vertikaler Richtung jeweils um etwa 15% verringert wird, kann der gesamte Schirm durch das Bild ausgefüllt werden. Es ergeben sich dann als Bildpunkte:

horizontale Richtung192 Bildelemente × 85% ≅ 160 Bildelemente vertikale Richtung120 Bildelemente × 85% ≅ 100 Bildelemente

Es werden also 100 effektive Bildelemente für 262,5 hori­ zontale Zeilen pro Bildperiode erzeugt, und so können in vertikaler Richtung Videodaten (Bildelementdaten) für jede übernächste horizontale Zeile erhalten werden.

Mit der genannten Anzahl von Bildelementen kann der gesamte Schirm ausgefüllt werden. Die Übertragungszeit ergibt sich zu:

160 × 100/(192 × 120) = 69%

Die Übertragungszeit kann demgemäß durch Nichtübertragen der Randbereiche bei ausgeweiteter Ablenkung um 30% gesenkt werden.

Des weiteren seien die Graustufen pro Bildelement betrach­ tet. Werden 16 Graustufen verwendet, sind pro Bildelement 4 Bit erforderlich, so daß sich die Bitzahl für den gesamten Schirm wie folgt ergibt:

160 Bildelemente × 100 Bildelemente × 4 Bits = 64 × 10³ Bits

Ein einziger 64 k-Bit-Speicher reicht demgemäß zum Speichern der Daten für ein Bild aus.

Die Beziehung zwischen Graustufen und Videodaten wird wie folgt gewählt.

Für Weiß ist der Videodatenwert "0000". Für Schwarz ist der Videodatenwert "1111".

Aus obigem ergibt sich der folgende Standard:

Bildelementzahl in horizontaler Richtung:160 Bildelementzahl in vertikaler Richtung:100 Graustufen:16 (4 Bits)

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 wird nun ein Übertra­ gungsprotokoll für das Übertragen von Videodaten beschrie­ ben.

Wenn das Videotelefon mit dem Gerät eines Gesprächspartners verbunden ist, wird ein Rufton CLTN (Fig. 3) während einer Zeitspanne T 1 z. B. T 1 = 0,4 Sekunden, auf die Empfangs­ seite übertragen, wenn auf der Sendeseite eine Bildsende­ taste betätigt wird. Dieses Ruftonsignal CLTN dient dazu, das empfangende Videotelefon zu veranlassen, von der norma­ len Betriebsart in die Bildempfangsbetriebsart umzuschalten. Zu diesem Zweck wird ein Wechselsignal Sc der Farbträger­ frequenz fc in zwei Signale S 1 und S 2 mit Frequenzen f 1 bzw. f 2 wie folgt geteilt:

f 1 = fc/1784 = 2006 HzS 1 f 2 = fc/2192 = 1633 HzS 2

Die frequenzgeteilten Signale S 1 und S 2 werden gemischt, um das Ruftonsignal CLTN als Dualtonsignal mit vorgegebenem Pegel zu erzeugen. Das Signal CLTN weist also zwei Kompo­ nenten mit den Frequenzen f 1 und f 2 und es dauert für die Zeitspanne T 1 an. Dies ermöglicht es, das Signal einfach und sicher von anderen Audiosignalen auf der Empfängerseite zu unterscheiden.

Auf die Zeitspanne T 1 folgt eine Zeitspanne T 2, z. B. von 0,4 Sekunden, innerhalb der kein Signal übertragen wird.

In einer nachfolgenden Zeitspanne T 3 wird ein Übertragungs­ korrektursiganl TRCR gesandt, z. B. mit einer Dauer von 1 Sekunde. Dieses Signal TRCR dient dazu, schwankende Sende­ verstärkungen im Videotelefon auf der Empfängerseite auszu­ gleichen. Zu diesem Zweck weist das Signal TRCR z. B. die Frequenz f 1 auf und entspricht dem Signal S 1 mit konstantem Pegel. Eine automatische Verstärkungsregelung (AGC) wird im Videotelefon auf der Empfangsseite so ausgeführt, daß das Signal TRCR einen vorgegebenen Pegel einnimmt.

In einer auf die Zeitspanne T 3 folgenden Zeitspanne T 4 von z. B. 0,2 Sekunden wird wiederum kein Signal gesandt.

In der folgenden Zeitspanne T 5 von z. B. 0,08 Sekunden wird ein Bildzugriffssignal VDMK gesandt. Dieses ist ein Synchro­ nisiersignal oder ein Markiersignal, das anzeigt, daß nach ihm Videodaten gesandt werden. Dieses Signal VDMK hat z. B. die Frequenz f 1 und entspricht ebenfalls dem Signal S 1 mit konstantem Pegel.

In der dann folgenden Zeitspanne T 6 werden schließlich Video­ daten gesendet. Dazu wird das Signal S 1 AM durch die Video­ daten moduliert und ein AM-Signal SA wird gesendet. Wie in Fig. 5 dargestellt, wird dazu jedem Zyklus des Signales Sa (S 1) ein Videodatenwert (4 Bits) für ein Bildelement zuge­ ordnet und die Amplitude in jedem Zyklus ist AM-moduliert, entsprechend dem analogen Wert (Graustufe) des Bildelement­ datenwertes.

Die Modulation ist dabei jedoch so begrenzt, daß dann, wenn der Videodatenwert "0000" (weißer Pegel) ist, die Amplitude AM des Signales Sa nur minimalisiert ist, aber nicht 0 wird. Dies verhindert, daß das Signal Sa unterbrochen wird, und es sorgt dafür, daß das Signal S 1 als Trägersignal be­ steht.

Da ein Bild aus 160 Bildelementen × 100 Bildelementen ge­ bildet ist, gilt für die Übertragungszeit T 6 das folgende:

T 6 = 160 × 100 × 1/f 1 ≅ 7,97 Sekunden

Genau gesprochen ist die Zeitspanne T 5 die Zeitspanne für 160 Bildelemente (160 Zyklenzeitspanne des Signales S 1), so daß T 5 = T 6/100 weniger als 0,08 Sekunden ist.

Die Gesamtzeitspanne T zum Senden eines Bildes ist die Summe der aus den einzelnen Zeitspannen T 1 bis T 6, so daß gilt:

T = T 1 + T 2 + . . . T 6 = 10,05 Sekunden

Ein Bild kann also in etwa 10 Sekunden übertragen werden.

Die Übertragungsrate von Videodaten während der Zeitspanne T 6 ergibt sich zu:

64 × 10³ Bits/T 6 = 4 f 1 ≅ 8026 bps.

Die effektive Übertragungsrate für die Gesamtdauer T ergibt sich demgemäß zu:

64 × 10³ Bits/T ≅ 6368 bps.

Wenn im Videotelefon auf der Sendeseite die Übertragung von Videodaten beendet ist oder wenn die Zeitspanne T abläuft, nachdem die Übertragung des Ruftonsignales CLTN gerade be­ gonnen hat, wechselt die Betriebsart von Sendebetriebsart in Gesprächsbetriebsart zurück. Auch das Videotelefon auf dem Empfangsseite schaltet in Gesprächsbetriebsart zurück, wenn der Empfang von Videodaten beendet ist oder wenn die Zeitspanne T abgelaufen ist, nachdem das Ruftonsiganl CLTN gerade festgestellt worden ist.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines Videotelefones für schnelle Bildübertragung. Es ist als Adaptor ausgebildet, der an einen üblichen Telefonapparat angeschlossen werden kann, um so ein Bildtelefon zu beschaffen. Die Standards für den Schirm und das Übertragungsprotokoll entsprechen dem oben Beschriebenen.

Folgene Baugruppen sind in Fig. 6 neben anderen vorhanden: eine öffentliche Telefonleitung 11, ein üblicher Telefon­ apparat 12, ein Audiobandgerät 13 zum Aufnehmen von Video­ daten und ein Videodrucker 14 zum Drucken eines von einem Gesprächspartner gesandten Festbildes. Die genannten Bau­ gruppen 11-14 sind über Verbindungsstellen 21-24 mit einem Videotelefonadaptor verbunden.

Im Adaptor ist eine Bildaufnahmeröhre 31 vorhanden, mit der z. B. das Gesicht des Benutzers aufgenommen wird. Weiterhin sind folgende Bauteile vorhanden: ein 4-Bit-A/D-Wandler 34, ein 4-Bit-D/A-Wandler 35, eine Anzeigeröhre mit flachem Schrim, die ein Bild anzeigt, ein Speicher 41 zum Speichern von Videodaten, die zum Gesprächspartner gesandt werden, ein Speicher 42 zum Speichern von Daten, die vom Gesprächspartner gesandt werden, und eine Speichersteuerung 43. Jeder der Speicher 41 und 42 weist eine Kapazität von 64 k Bits für einen ganzen Schirm. Die Speichersteuerung 43 umfaßt gate arrays und erzeugt Signale, die zum Einschreiben von Daten in die Speicher 41 und 42 oder zum Auslesen aus denselben erforderlich sind. Die Speichersteuerung 43 führt auch Video­ signalverarbeitung durch.

Ein digitaler AM-Modulator 44 dient dazu, die an den anderen Partner zu sendenden Videodaten in das AM-Signal Sa umzu­ wandeln. Auf Grundlage des Signals S 1 als Taktsignal wird die 4-Bit-D/A-Wandlung durchgeführt, um ein paralleles 4-Bit-Videosignal in das AM-Signal Sa umzuwandeln.

Ein Detektor 52 ermittelt, ob das Ruftonsignal CLTN von Partner gesandt wurde. Ein Verstärker 55 zur Verstärkungs­ regelung korrigiert den Pegel des empfangenen Signales auf Grundlage des Pegels des ebenfalls empfangenen Signales TRCR. Außerdem sind ein AM-Demodulator 56 und eine Systemsteue­ rung 51 vorhanden, die durch einen Mikrocomputer gebildet ist und die Funktion des gesamten Gerätes steuert. Die Sy­ stemsteuerung 71 ist mit mehreren LEDs 72 ausgestattet, die die Funktionszustände anzeigen. Außderdem sind Tasten (Schal­ ter) 73 A-73 E vorhanden, die zum Einstellen von Betriebs­ arten dienen.

Außderdem ist ein Haupttaktgenerator 81 vorhanden. Dieser besteht z. B. aus einem Ein-Chip IC, wie er in Videokameras zum Erzeugen des Synchronisiersignals gemäß NTSC-Norm ver­ wendet wird. Ein derartiger IC ist im Handel problemlos er­ hältlich. Dieser IC, d. h. der Haupttaktgenerator 81, er­ zeugt das Farbträgersignal Sc (Frequenz fc), den Vertikal­ synchronisierimpuls Pv, den Horizontalsynchronisierimpuls Ph und einen zusammengesetzten Synchronisierimpuls SYNC.

Die Synchronisierimpulse Pv Ph werden einer Ablenkschal­ tung 82 zugeführt, die Vertikal- und Horizontalablenksignale erzeugt. Diese Ablenksignale werden an Horizontal- und Ver­ tikalablenkspulen 31D der Bildaufnahmeröhre 31 gegeben. Sie werden außerdem einer Ablenkschaltung 83 zugeführt, die Ver­ tikal- und Horizontalablenksignale für eine Vertikal- und Horizontalablenkspule 38 D der Bildempfangröhre 38 liefert. Beim Erzeugen dieser Signale wird eine ausgeweitete Ablen­ kung von etwa 15% an der Bildaufnahmeröhre 31 und der Bildempfangsröhre 38 eingestellt, wie oben erläutert.

Die Synchronisierimpulse Pv und Ph werden der Speichersteue­ rung 43 und der Systemsteuerung 71 als Signale zugeführt, die den Zeitverlauf des Leuchtdichtesignales anzeigen. Das Signal Sc vom Taktgenerator 81 wird den beiden Steuerungen 43 und 71 zugeleitet, insbesondere als Taktsignal für eine CPU innerhalb der Systemsteuerung 71. Das Signal Sc wird außerdem einem Frequenzteiler 84 zugeführt, der es teilt, um die Signale S 1 und S 2 bereitzustellen. Das Signal S 1 wird der Speichersteuerung 43 und dem Modulator 44 als Träger­ signal zugeführt. Die Systemsteuerung 71 steuert Schalter 91-93 über nicht dargestellte Leitungen an. Es sind auch noch ein Handschalter 54 und ein Relaiskontakt 74 S vorhan­ den. Das zugehörige Relais 74 wird ebenfalls durch die Sy­ stemsteuerung 71 geschaltet.

Wenn der Adapter nicht verwendet wird, steht der Relaiskon­ takt 74 S in der dargestellten Stellung, so daß der Telefon­ apparat 12 über den Kontakt 74 S mit der Telefonleitung 11 verbunden ist. In diesem Fall kann der Telefonapparat 12 wie herkömmlich verwendet werden, so daß ein Gespräch mit einem Partner in herkömmlicher Weise geführt werden kann.

Wenn das Gerät in der Gesprächsbetriebsart betrieben wird, erzeugt die Bildaufnahmeröhre 31 das Leuchtdichtesignal Sy entsprechend der NTSC-Norm. Dieses Signal Sy wird über einen Vorverstärker 32 einem Prozessor 33 zugeführt, in den es in besonderer Weise verarbeitet wird, z. B. durch eine Gamma­ korrektur oder durch automatische Verstärkungsregelung. Das so verarbeitete Signal Sy wird über den Schalter 91 dem A/D-Wandler 34 zugeführt. Gleichzeitig wird das Signal Sc vom Generator 81 über den Schalter 92 dem A/D-Wandler 34 als Taktsignal zugeführt, wodurch das Signal Sy abgetastet wird und auf Basis der Frequenz fc quantisiert und in ein paral­ leles digitales 4-Bit-Leuchtdichtesignal Py umgewandelt wird.

Dieses Signal Py wird über die Speichersteuerung 43 dem D/A- Wandler 35 zugeführt, der auch das Signal Sc als Taktsignal erhält. Dadurch wird das Signal Py in ein analoges Leucht­ dichtesignal Sy umgewandelt, welches einem Addierer 36 zu­ geführt wird, in dem es zum Synchronisierimpuls SYNC addiert wird. Die addierten Signale werden über einen Videoverstärker 37 der Bilddarstellungsröhre 38 zugeführt.

Wenn also das Gerät betrieben wird, wird das von der Bild­ aufnahmeröhre 31 aufgenommene Bild durch die Darstellungs­ röhre 38 als tatsächliches bewegtes Bild dargestellt.

Wenn ausgehend von dieser Betriebsart die (Aufnahme-)Taste 73 B betätigt wird, wird die Speichersteuerung 43 von der System­ steuerung 71 auf Grundlage des Tastenausgangssignales so an­ gesteuert, daß das Signal Py vom A/D-Wandler 34 über die Speichersteuerung 43 dem Speicher 41 zugeführt wird. Von der Speichersteuerung 43 werden auch ein Schreibsignal und ein Adressignal an den Speicher 41 mit dem Zyklus des Signales Sc abgegeben, so daß vom Signal Py für eine Bildperiode die oben benannten Videodaten von 160 Bildelementen × 100 Bild­ elementen in den Speicher 41 geschrieben werden und dort ge­ speichert werden.

Nachdem die Videodaten in den Speicher 41 geschrieben sind, werden ein Lesesignal und ein Adressignal dem Speicher 41 von der Speichersteuerung 43 mit dem Zyklus des Signales Sc zugeführt, mit dem Ergebnis, daß die im Speicher 41 gespei­ cherten Videodaten aufeinanderfolgend ausgelesen werden und dann aus ihnen das Signal Py für das Festbild gebildet wird. Dieses Signal Py wird über die Speichersteuerung dem D/A- Wandler 35 zugeführt. Die bilddarstellende Röhre 38 stellt demgemäß die im Speicher 41 gespeicherten Videodaten als Festbild dar, d. h. als dasjenige Bild, das beim Betätigen der (Aufnahme-)Taste 73 B gerade vorhanden war.

Durch wiederholtes Betätigen der Tasten 73 A und 73 B ist es demgemäß möglich, Videodaten für ein gewünschtes Bild im Speicher 41 zu speichern.

Wenn die Videodaten im Speicher 41 gespeichert sind (zu dieser Zeit stellt die bilddarstellende Röhre 38 noch das Fest­ bild dar) und dann die (Sende-)Taste 73 C betätigt wird, steuert die Systemsteuerung 41 das Relais 74 so an, daß sein beweglicher Kontakt 74 S in den umgekehrten Zustand im Ver­ gleich zum dargestellten Zustand schaltet.

Darüber hinaus steuert die Systemsteuerung 71 den AM-Modula­ tor 44 und den Schalter 93 so an, daß der Modulator 44 ein nichtmoduliertes Trägersignal, d. h. das Signal S 1 erzeugt. Dieses wird einem Addierer 45 zusammen mit dem Signal S 2 vom Frequenzteiler 84 zugeführt, wobei letzteres über den Schalter 93 kommt. Das Additionsergebnis ist das Ruftonsig­ nal CLTN. Dieses wird in die Telefonleitung 11 über einen Leitungszug gesendet, der durch einen Sendepegeldämpfer 46, ein Bandpassfilter 47 zum Entfernen unerwünschter Signal­ komponenten, einen Transformator 48 und den beweglichen Kon­ takt 74 S gebildet ist.

Wenn dieses Signal CLTN während der Zeitspanne T 1 gesendet wird, steuert die Systemsteuerung 71 den AM-Modulator 44 und den Schalter 93 so an, daß dann die Nichtsignalzeitspanne T 2 auftritt. Danach wird während der Zeitspanne T 3 das Korrek­ tursignal TRCR (= S 1) entsprechend gebildet, die Nichtsig­ nalzeitspanne T 4 folgt, und schließlich wird das Bildzu­ griffssignal VTMK (= S 1) während der Zeitspanne T 5 gesendet.

Wenn nach der Zeitspanne T 5 die Zeitspanne T 6 beginnt, lie­ fert die Speichersteuerung 43 ein Lesesignal und ein Adressignal an den Speicher 41 entsprechend dem Zyklus des Signales S 1, so daß entsprechend diesem Zyklus Videodaten aus dem Speicher 41 mit einer Geschwindigkeit von einer Adresse pro Zyklus des Signales S 1 (4 Bits pro Bildelement) ausgelesen werden. Diese Videodaten werden über die Speichersteuerung 43 dem AM-Modulator 44 zugeführt, wo sie in das AM-Signal Sa moduliert werden. Dieses Signal wird entsprechend wie oben beschrieben in die Telefonleitung 11 übertragen.

Während der Periode T (= T 1-T 6), leuchtet eine der LEDs 72 auf, um die Übertragungsbetriebsart anzuzeigen.

Wenn die Zeitspanne T 6 abgelaufen ist und dementsprechend die Übertragung für alle Videodaten abgeschlossen ist, wird das Relais 74 freigegeben, so daß sich der bewegliche Kon­ takt 74 S wieder im dargestellten Zustand befindet. Es liegt also wieder die Gesprächsbetriebsart vor.

Wenn während des Darstellens des wirklichen bewegten Bildes die (Aufnahme-)Taste 73 nicht betätigt wird, sondern statt­ dessen die (Sende-)Taste 73 C, werden entsprechend wie beim Betätigen der Taste 73 B die zum Zeitpunkt des Betätigens der Taste 73 C anstehenden Videodaten im Speicher 41 gespei­ chert und die Videodaten werden dann wie beschrieben über die Telefonleitung übertragen.

Wenn das Bandgerät 13 während der Zeitspanne T, also während des Sendens der Videodaten zum Partner eingeschaltet ist, wird das AM-Signal Sa über den Filter 47 und einen Puffer­ verstärker 53 zum Bandgerät 13 übertragen, wodurch das Sig­ nal Sa aufgezeichnet wird.

Wenn dagegen während eines Gespräches Videodaten vom Ge­ sprächspartner gesendet werden, wird das Ruftonsignal CLTN zu Beginn über die Telefonleitung 11 gesendet und gelangt über den beweglichen Kontakt 74 S und den Transformator 51 an den Detektor 52, in dem das Vorhandensein des Signales CLTN festgestellt wird. Das Detektorausgangssignal wird der Sy­ stemsteuerung 71 zugeführt.

Die Systemsteuerung 71 steuert daraufhin das Relais 74 so an, daß sein beweglicher Kontakt 74 S wieder diejenige Stel­ lung einnimmt, die der dargestellten Stellung entgegenge­ setzt ist.

Wenn dann das Sendeleitungs-Korrektursignal TRCR während der Periode T 3 gesendet wird, tritt dieses Signal über die Tele­ fonleitung 11, den Kontakt 74 S, den Transformator 48, den Verstärker 53, den Schalter 54 und den Verstärkungsregler 55 in den AM-Demodulator 56 ein. Das demodulierte Ausgangssignal wird einer AGC-Ermittlungsschaltung 57 zugeführt, die zum Beispiel durch ein Tiefpassfilter gebildet ist, das eine Gleichspannung von einem Pegel abgibt, der dem Pegel des Signales TRCR entspricht. Diese Gleichspannung wird durch eine Abtast/Halte-Schaltung 58 auf ein Steuersignal von der Systemsteuerung 71 hin abgetastet und gehalten. Der gehaltene Wert wird dem Verstärkungsregler 55 als Regelsig­ nal zugeführt. Die Verstärkung des Verstärkers 55 wird dem­ entsprechend so geregelt, daß die Signale in einen Bereich fallen, der zum Verstärkungsbereich des Gesprächspartners komplementär ist. Für Signale, die nach der Zeitspanne T 4 empfangen werden, werden demgemäß schwankende Pegel aufgrund schwankender Verstärkungsfaktoren in der Telefonleitung 11 auf den vorgegebenen Pegel ausgeglichen.

Wenn während der Zeitspanne T 5 das Bildzugriffssignal VDMK gesendet wird, wird dieses vom Verstärker 55 über ein Band­ passfilter 61 in einen Detektor 62 geleitet, der das Vorhan­ densein des Signales VDMK feststellt. Das Detektorausgangs­ signal wird der Systemsteuerung 71 zugeführt. Auf Grundlage dieses Signals steuert die Systemsteuerung 71 die Schalter 91 und 92 so an, daß sie Zustände einnehmen, die den dargestell­ ten entgegenliegen. Die Systemsteuerung 71 führt auch der Speichersteuerung 43 ein Signal zu, das den Startzeitpunkt für die Zeitspanne T 6 anzeigt.

Der Verstärker 55 liefert während der Zeitspanne T 6 das AM- Signal Sa. Dieses wird dem Demodulator 56 zugeführt, der es in das analoge Leuchtdichtesignal Sy oder ein Leuchtdichte­ signal Sy von einem Pegel demoduliert, der den Pegel für jedes Bildelement in jedem Zyklus des Signales Sa anzeigt. Dieses Signal Sy wird über den Schalter 91 dem A/D-Wandler 34 zugeführt und das Signal Sa vom Verstärker 55 wird über das Filter 61 einem Signalformer 63 zugeleitet. In dem die Trä­ gerkomponente des Signales Sa in ein damit synchrones Wech­ selsignal geformt wird, d. h. in das Signal S 1. Dieses wird über den Schalter 92 dem A/D-Wandler 34 als Taktsignal und ebenfalls der Speichersteuerung 43 als ab dem Empfang ver­ wendetes Taktsignal zugeführt.

Auf diese Art und Weise wird das Leuchtdichtesignal Sy vom Demodulator 56 durch den A/D-Wandler 34 synchron mit dem Signal S 1 in das digitale Signal Py (Videodaten) umgewan­ delt. Dieses Signal Py wird über die Speichersteuerung 43 in den Speicher 42 geleitet und zwar gleichzeitig mit einem Schreibsignal und einem Synchronisiersignal, die mit dem Taktsignal S 1 synchronisiert sind. Dadurch wird das Signal Py sequentiell in den Speicher 42 eingeschrieben und dort ge­ speichert. Während der Zeitspannen T 1 bis T 6, in denen die Videodaten empfangen und verarbeitet werden, leuchtet eine der LEDs 72 auf und zeigt dadurch die Empfangsbetriebsart für Videodaten an.

Nachdem die Zeitspanne T 6 abgelaufen ist und damit alle em­ pfangenen Daten des Signales Py im Speicher 42 abgelegt sind, liefert die Speichersteuerung 43 das Lesesignal und das Adressignal an den Speicher 42 entsprechend dem Zyklus des Signals Sc, wodurch die im Speicher 42 abgelegten Videoda­ ten sequentiell ausgelesen und als Signal Py entsprechend dem Festbild gebildet werden. Dieses Signal wird dem D/A- Wandler 35 zugeführt. Dadurch werden in derselben Weise wie oben beschrieben, die vom Partner empfangenen Videodaten auf der darstellenden Röhre 38 als Festbild dargestellt.

Wenn mit dem Empfang der Videodaten das Bandgerät 13 während der Zeitspanne T in Aufnahmebetriebsart versetzt wird, wird das AM-Signal Da oder ein anderes vom Partner gesendetes Signal aufgezeichnet.

Mit Abschluß der Zeitspanne T 6 wird das Relais 74 nicht mehr angesteuert, wodurch der bewegliche Kontakt 74 S wieder in die dargestellte Lage zurückfällt, wodurch wiederum Ge­ sprächsbetriebsart eingestellt ist.

Wie oben erläutert, wenden dann, wenn Videodaten vom Partner gesandt werden, diese im Speicher 42 abgelegt und dann auf der bilddarstellenden Röhre 38 als Festbild dargestellt.

Wenn an den Partner zu übertragende Videodaten im Speicher 41 und vom Partner gesandte Videodaten im Speicher 42 gespei­ chert sind, und dann die (Partner-)Taste 73 D betätigt wird, werden Videodaten aus dem Speicher 42 ausgelesen. Die ausge­ lesenen Daten werden in das Leuchtdichtesignal Sy umgewan­ delt und dann der bilddarstellenden Röhre 38 zugeführt. Wenn die (Benutzer-)Taste 73 C betätigt wird, werden dagegen die im Speicher 41 abgelegten Videodaten ausgelesen und in das Leuchtdichtesignal Sy umgewandelt, das dann auf der Röhre 38 dargestellt wird. Durch Betätigen der Tasten 73 D oder 73 E kann also frei gewählt werden, ob die zu sendenden oder die gesandten Daten als Festbild dargestellt werden sollen.

Wenn der Schalter 54 in derjenigen Stellung liegt, die der dargestellten Stellung entgegengesetzt ist, und wenn das durch das Bandgerät 13 gespeicherte Signal abgespielt wird, wird dieses durch die Funktionsgruppen, die auf den Verstär­ ker 55 entsprechend folgen, verarbeitet, wie das über die Telefonleitung 11 übertragene Signal, so daß das aufgezeich­ nete Bild auf der bilddarstellenden Röhre 38 dargestellt wird. Mit Hilfe des Bandgerätes 13 ist es demgemäß möglich, ein Festbild als Datei aufzubewahren.

Fig. 7 veranschaulicht ein Beispiel für einen Adressignal­ generator, wie er innerhalb der Speichersteuerung 43 ver­ wendet wird, um Adressignale für die Speicher 41 und 42 zu erzeugen.

Der Horizontalsynchronisierimpuls Ph wird einem 8-Bit-Zähler 101 als Rücksetzimpuls zugeführt, während das Signal Sc als Zählsignal zugeführt wird, so daß der Zählwert des Zählers 101 mit jeder Rückflanke des Impulses Ph auf (0) rückgesetzt wird und mit jedem Zyklus (entsprechend einem Bildelement) des Signals Sc um (1) inkrementiert wird.

Das Zählausgangssignal vom Zähler 101 wird einem Decoder 102 zugeführt, der ein Signal Sh erzeugt, das "1" während einer Periode wird, in der der Zähler 101 bis auf (160) zählt, nachdem der Zählwert z. B. (41) geworden ist, wie in den Fig. 8A und 8B dargestellt. Dieses Signal Sh wird einem UND- Glied 103 zugeführt, das auch das Signal Sc erhält. Es er­ zeugt dementsprechend während einer Zeitspanne von 160 Bild­ elementen nahe der Mitte einer horizontalen Periode 160 Zyklen des Signales Sc als Ausgangssignal Pm.

Der Vertikalsynchronisierimpuls Pv wird einem 8-Bit-Zähler 111 als Rücksetzsignal zugeführt, der auch die Horizontalsyn­ chronisierimpulse Ph erhält, und zwar als Zählsignal. Dem­ entsprechend wird der Zählwert des Zählers 111 mit jeder Rück­ flanke des Impulses Pv auf (0) rückgesetzt und der Wert wird jeweils (1) mit jedem Impuls Ph, d. h. mit jeder horizontalen Zeile, inkrementiert.

Der Zählausgangswert von diesem Zähler 111 wird einem Deco­ der 112 zugeführt, der ein Signal Sv erzeugt, das den Pegel "1" während einer Periode einnimmt, in der der Zähler 111 bis auf (200) (200 Pulse Ph) zählt, nachdem der Zählwert zum Beispiel (40) geworden ist. Dieses Signal Sv wird einem UND- Glied 113 zugeführt und das am wenigsten signifikante Bit Q₀ des Zählwertes vom Zähler 111 wird dem UND-Glied 113 eben­ falls zugeführt. In diesem Fall wird das am wenigsten signi­ fikante Bit Q₀ jedesmal zu "0" zu "1" invertiert, wenn ein Impuls Ph gezählt wird. Dadurch erzeugt das UND-Glied 113 ein Ausgangssignal Pn, das den Pegel "1" während einer Periode von 200 horizontalen Zeilen zur Mitte einer Bildperiode und ebenfalls, z. B. während der ungeradzahligen horizontalen Zeilenperiode, aufweist. Da die horizontalen Zeilenperiode von "1" die ungeradzahlige horizontale Zeilenperiode der 200 Zeilenperiode ist, existieren 100 horizontale Zeilen­ perioden während jeder Bildperiode.

Dieses Signal Pn und das Signal Pm werden einem UND-Glied 114 zugeführt, das daraufhin einen Impuls Px von 160 × 100 Zyklen für jede Bildperiode erzeugt. Anders ausgedrückt, mit jeder Bildperiode wird der Impuls Px während der ungeradzahligen 100 Horizontalzeiloenperioden erzeugt, die der Mitte des Bild­ schirmes zugeordnet sind, und außerdem während 160 Bildele­ mentperioden von 100 horizontalen Zeilenperioden.

Der Impuls Px wird einem 14-Bit-Zähler 115 als Zählimpuls zugeführt, der den Impuls Pv als Rücksetzimpuls erhält. Der Zählwert des Zählers 115 wird dann dem Speicher 41 (oder dem Speicher 42) als Adressignal zugeführt. In diesem Fall ist der Speicher 41 so ausgebildet, daß er eine Kapazität von 16 k Adressen mit jeweils 4 Bits aufweist.

Entsprechend beginnt die Adresszählung für den Zähler 41 mit der Adresse 0 mit jeder Bildperiode und wird jeweils um eine Adresse während der ungeradzahligen 100 Horizontalzeilen­ perioden zur Mitte eines Bildes erhöht und ebenso während 160 Bildelementperioden der 100 horizontalen Zeilenperioden.

Wenn nun eine Lese- oder Schreibsignal aus dem Impuls Px ge­ bildet wird und dem Speicher 41 zugeführt wird, können Video­ daten aus dem Speicher gelesen werden oder in diesen ge­ schrieben werden, wobei das Leuchtdichtesignal Sy, wie es aus dem Signal von der Bildaufnahmeröhre 31 abgeleitet ist, in den Speicher 41 geschrieben werden kann, oder das ausgelesene Leuchtdichtesignal auf der darstellenden Röhre 38 darge­ stellt werden kann. Da beim Lesen Videodaten für jede unge­ radzahlige Horizontalzeile nicht ausgelesen werden, kann stattdessen ein Signal mit schwarzem Pegel, z. B. das Sig­ nal Pn, an die Stelle solcher Videodaten treten.

Wenn die Videodaten aus dem Speicher 41 an den Partner über­ tragen werden oder wenn die vom anderen Partner übertragenen Daten in den Speicher 42 eingeschrieben werden, wird statt dem Signal Px das Signal S 1 vom Frequenzteiler 84 oder vom Signalformer 63 an den Zähler 115 geliefert.

Gemäß dem vorstehenden kann ein Videotelefon unter Verwendung des öffentlichen Telefonnetzes realisiert werden. Da die Vi­ deodaten für ein Bild auf Grundlage der oben genannten Tech­ nik ausgedünnt werden und da ein weiteres Reduzieren von Daten auf Grundlage der ausgeweiteten Ablenkung erfolgt, kann das Bild in etwa 10 Sekunden übertragen werden und weist trotzdem zufriedenstellende Qualität auf.

Da jeder der Werte (160) und (100), die der Zahl der Bildele­ mente in horizontaler Richtung bzw. vertikaler Richtung ent­ sprechen, eine Maßzahl aufweist und da auch die Daten (192) bzw. (144 (120)), die die Basis für diese Maßzahlen sind, in ganzzahliger Beziehung zur Zahl der Bildelemente stehen und die Farbträgerfrequenz fc als Abtastfrequenz verwendet wird, können dieses Signalformat und das Videosignalformat für das Standardsystem leicht konvertiert werden, z. B. durch Verdoppeln oder durch Interpolieren von Bildelementen.

Da die Signalverarbeitung mit Hilfe der Signale Sc, Pv und Ph vom Signalgenerator 81 erfolgt und da die frequenzgeteilten Signale S 1 und S 2 aus dem Signal Sc verwendet werden, kann die PLL-Schaltung zum Bilden des Haupttaktes aus dem Synchronisierimpuls Ph entfallen, was beim Stand der Technik nicht möglich ist. Dadurch können die Kosten für die das Bild­ telefon erniedrigt werden. Insbesondere wird der Generator 81 durch einen IC gebildet, wie er für eine Videokamera üblich ist und daher billig ist.

Entsprechend dem oben genannten Übertragungsprotokoll kann ein Festbild innerhalb von etwa 10 Sekunden übertragen werden und die Wartezeit bis zur Übertragung von Videodaten kann reduziert werden. Darüber hinaus können Videodaten auf einem üblichen Videorecorder 13 aufgezeichnet werden. Während der Telefonapparat 12 und der Bandrecorder 13 bei der beschrie­ benen Ausführungsform als gesonderte Geräte beschrieben sind, können sie stattdessen auch mit dem Videotelefon kombiniert sein. In diesem Fall können die Videodaten auch bei automa­ tisch antwortendem Telefon aufgezeichnet oder übertragen werden. Wenn darüber hinaus das Signal Sy vom Prozessor 33 durch den A/D-Wandler 34 umgewandelt wird, kann das Signal Px als Taktsignal verwendet werden.

Claims (7)

1. Videotelefon zum Übertragen von Video-Festbilddaten über eine Tonsignalleitung (11), mit:

• a) einer Bildaufnahmeröhre (31) zum Aufnehmen des Fest- oder Standbilds entsprechend einem vorge­ gebenen Fernsehstandard, z. B. dem NTSC-Standard,
• b) einem A/D-Wandler (34) zur Umsetzung des analogen Aufnahmesignals in ein digitales Signal;
• c) einem Speicher (41) zum Speichern der Digital­ daten als Videodaten,
• d) einem Modulator (44) für die im Speicher abge­ legten Videodaten zur Gewinnung eines modulier­ ten Signales innerhalb eines vorgegebenen Frequenz­ bandes, das dem Übertragungsband der Signalleitung entspricht, und
• e) einem Übertragungsschaltkreis (46-48) zur Aufschal­ tung des modulierten Signals auf die Signalleitung,

dadurch gekennzeichnet, daß

• f) die aufgenommenen digitalen Daten in vertikaler und horizontaler Richtung des Festbilds mit vor­ gegebenen Verhältnissen ausgedünnt werden.

2. Videotelefon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der zu übertragenden Videodaten zusätzlich diejenigen Daten entfernt werden, die Randbereichen entsprechen, die bei erweiterter Abtastung auf einem Schirm nicht dargestellt werden.

3. Videotelefon nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß 160 Bildelemente in horizontaler Richtung und 100 in vertikaler Richtung des Bildes verwendet werden.

4. Videotelefon nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß 16 Graustufen pro Bildelement verwendet werden.

5. Videotelefon nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übertragungsrate von 6368 bps verwendet wird.

6. Videotelefon nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet

• - Mittel (81) zum Erzeugen eines Farbträgersignales und eines Synchronimpulses entsprechend dem ge­ wählten Fernsehsystemstandard und zum Übertragen dieser Signale an die Aufnahmeröhre, und
• - einen Frequenzteiler (84) zum Erzeugen von Signalen aus dem Farbträgersignal zur Ansteuerung des A/D- Wandlers (34), des Speichers (41) und des Modula­ tors (44).