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Übertragungssystem für Farbfernsehen sowie Sender und
Empfänger zur Verwendung bei diesem System
Die Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem für Farbfernsehen mit Aufeinanderfolge von Zeilen, wobei die Zeilenzahl jedes Bildes ungerade ist und zwei Raster durch ein Zeilensprungverfahren zu einem Bild zusammengesetzt werden und das Helligkeitssignal unmittelbar dem Hauptträger aufmoduliert ist und zwei Chrominanzsignale in Reihenfolge, d. h. während einer Zeile das eine und während der nächsten Zeile das andere Chrominanzsignal, einem Hilfsträger aufmoduliert werden. Ein solches Übertragungssystem ist unter dem Namen"Secam-Verfahren"bekannt.
Bekanntlich moduliert bei sämtlichen Farbfernsehsystemen die Luminanzinformation Y, die gleich der bei einem Schwarz-Weiss-System verwendeten ist, die Amplitude des Hauptvideoträgers des Hochfrequenzsenders, während die zwei Chrominanzsignale Cl und C durch Modulation einer oder mehrerer Hilfsträger ausgesendet werden, die im Frequenzspektrum des Senders zwischen der Videoträgerfrequenz und der Tonträgerfrequenz liegen.
Die Farbkamera liefert drei Signale, R, B und G, die den drei Grundfarben Rot, Blau und Grün entsprechen. Durch lineare Kombination dieser Signale mit Hilfe einer geeigneten Matrix ergeben sich die drei Signale Y, Cl und C2'
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wobei die Parameter a, b und c gemäss den bekannten Gesetzen der Farbvalenzmetrik bestimmt werden.
Umgekehrt wird auf der Empfangsseite mittels einer geeigneten Matrix das vorstehend erwähnte System von drei zusammengehörigen Gleichungen mit drei Unbekannten gelöst, um die drei Informationen R, B und G wiederzufinden, die für die Wirkung der elektro-optischen Wiedergabevorrichtung, die das Farbbild darstellt, erforderlich sind.
Soll diese zweite Matrix oder Empfangsmatrix richtig wirken, so müssen ihr die drei Informationen Y, C und C2, dite sämtlich mit der Zeit veränderlich sind, gleichzeitig zugeführt werden. Wie erwähnt, moduliert das Signal Y stets die Amplitude der Videohilfsträgerfrequenz. Für die Übertragung der Signale
Cl und C2 sind mehrere Lösungen vorgeschlagen worden :
Man kann z. B. gesondert und gleichzeitig zwei Hilfsträgerfrequenzen modulieren, eine mit Cl und die andere mit Q (in der Amplitude, der Frequenz oder der Phase).
Auch kann man eine einzige Hilfsträgerfrequenz gleichzeitig mit Cl und C2 modulieren, entweder in der Amplitude und in der Frequenz oder in der Amplitude und in der Phase (das amerikanische NTSCSystem).
Beim bekannten Secam- System werden die zwei Informationssignale (R-Y) und (B-Y) (d. h. Cl und Cz) bekanntlich nicht gleichzeitig, sondern nacheinander übertragen, u. zw. durch Frequenzmodulation einer einzigen Hilfsträgerfrequenz mit dem Signal (R-Y) während der Dauer der Bildung einer Zeile für die waagrechte Abtastung und dann mit dem Signal (B-Y) während der Dauer der Bildung der nächsten Zeile usw.
Unter diesen Bedingungen kann die erwähnte Matrix ihre Aufgabe nicht erfüllen, weil sie nicht gleichzeitig zu jedem Zeitpunkt über die drei erforderlichen Signale, sondern nur über zwei dieser Signale,
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nämlich stets über das Signal Y und wechselweise über eines der Signale (R-Y) und (B-Y), verfügt
Eine scheinbare Gleichzeitigkeit dieser letzten zwei Signale ergibt sich dadurch, dass das Chrominanz- signal der vorhergehenden Dauer einer Zeilenperiode ist, in einem Speicher aufbewahrt wird. Der Matrix werden dabei ausser dem stets vorhandenen Luminanzsignal Y das Chrominanzsignal der in Bildung begrif- fenen Zeile und über die Verzögerungsstrecke das Chrominanzsignal der vorherstehenden Zeile zugeführt.
Da die Eingänge der Matrix je für ein eigenes Signal bestimmt sind, u. zw. einer für Y, der zweite für (R-Y) und der dritte für (B-Y), muss auf bekannte Weise abwechselnd einer der zwei letzteren Eingänge mit dem Eingang und mit dem Ausgang der Verzögerungsstrecke verbunden werden, derart, dass während der Bildung einer Zeile, in der das Signal (R-Y) übertragen wird, der Eingang für (R-Y) der Matrix unmit- telbar angeschlossen ist, wobei der Eingang für (B-Y) an'den Ausgang der Verzögerungsstrecke angeschlos- sen ist, während im Verlauf der Bildung der nächsten Zeile, die das Signal (B-Y) überträgt, das Umge- kehrte der Fall ist.
Diese Umschaltung erfolgt auf bekannte Weise durch einen elektronischen Umschalter vom bistabilen Typ, der bei Beginn jeder Zeile yon den Signalen umgekippt wird, die einem geeigneten
Punkt der Synchronisierschaltung oder der Schaltung für die waagrechte Ablenkung im Empfänger entnom- men werden.
Bei einer derartigen Anordnung hat man jedoch immer nur eine Wahrscheinlichkeit von 50), dass man die richtige Umschaltung trifft, und jeder Verlust des Synchronismus bringt, auch wenn er nur kurz dauer, die Gefahr mit sich, dass man infolge einer ungeraden Zahl von Umschaltfehlern aus dem einen
Zustand in den andern gelangt. Es muss somit ein supplementäres Synchronisiersignal für die Informationen über die Farbe (R-Y) und (B-Y) zur Verfügung stehen, mit dem der bistabile Umschalter periodisch in die richtige Lage versetzt wird, dies wird nachstehend in Analogie als"Richtigstellen"bezeichnet werden.
Dieses Richtigstellen kann bekanntlich mit Hilfe eines Hilfssignales erfolgen, das am Anfang jeder Zeile (oder jeder zweiten Zeile) während des Schwarzpegels, der dem waagrechten Synchronisierimpuls folgt, oder bei Beginn jedes Rasters (oder jedes zweiten Rasters) während der Zeilen, die dem Schwarzpegel während des Rücklauf der senkrechten Ablenkung entsprechen, übertragen wird. Im ersten Fall bringt das Vorhandensein des Hilfssignales während der hinteren Schwarzschulter des Zeilensynchronisierimpulses, wenn auch in geringerem Masse, die gleichen Nachteile mit sich wie der"burst"imNTSC-Sy- stem.
Im zweiten Falle ist es schwierig, das Identifizierungssignal unterzubringen, denn die betreffenden Zeilen sind bereits teilweise von den Testsignalen belegt, die auch bei Schwarz-Weiss-Sendungen Verwendung finden und deren Vorhandensein das Prüfen der für die Übertragung verwendeten Sender und der von diesen gesendeten Strahlenbündel in hohem Masse erleichtert.
Die Selektion, die Interpretation und die Verarbeitung der Farbidentifizierungssignale erfordern im Empfänger das Vorhandensein einer elektronischen Schaltung, die hohen Anforderungen genügen muss, was einen grossen Nachteil für das Secam-System bedeutet.
Die Erfindung bezweckt, die Chrominanzinformationen an Hand der Zeilen- und Rastersynchroni- siersignale selbst ohne Zusatz irgendeines Hi1fssynchronisiesignales zu identifizieren, wodurch sowohl die Schaltung des Senders als auch die des Empfängers einfacher werden, während die Fehler, die durch das Vorhandensein von Hilfsidentifizierungssignalen herbeigeführt werden, vermiden werden.
Weil das Secam-System, wie es bisher bekannt war, ein Zeitfolgesystem mit der Zeilenfrequenz ist und die Zeilenzahl eines vollständigen Bildes (zweier nach dem Zeilensprungverfahren zusammengesetzter Raster) ungerade ist (625), ebenso wie beim Schwarz-Weiss-System, besteht ein vollständiger Zyklus aus vier Rastern (zwei vollständigen Bildern), wenn nie eine Ausnahme im Wechsel der die Information (R-Y) übertragenden und der die Information (B-Y) übertragenden Zeilen auftritt, d. h. wenn alles völlig nach dem Zeitfolgeverfahren erfolgt. Wie Fig. 1, die sich auf das bekannte System bezieht und nachstehend
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zeigt, der Zyklus der Synchronisiersignale aus zwei Rastern (einem vollständigen Bild). Unter diesen Bedingungen ist es nicht möglich, die Erfindung durchzuführen.
Wenn jedoch gemäss der Erfindung das Secam-System in geringem Masse dadurch geändert wird, dass an Stelle eines reinen Zeitfolgeverfahrens ein Quasizeitfolgeverfahren verwendet wird, d. h. ein Verfahren, bei dem die erste Zeile und sämtliche ungeraden Zeilen jedes Bildes stets die gleiche Information hinsichtlich der Farbe, z. B. (R-Y), übertragen, so besteht ein vollständiger Zyklus aus einem Bild (zwei Rastern). In diesem Fall gibt es, wie die nachstehend zu erläuternde Fig. 2 zeigt, bei Beginn jedes Bildes eine Ausnahme in der Reihenfolge der. (R-Y)-und der (B-Y)-Zeilen, bei der die zwei aufeinanderfolgenden Zeilen, die die Nr. 625 des einen Bildes und die Nr. 1 des nächsten Bildes tragen und beide ungerade Zeilen sind, die gleiche Chrominanzinformation, im vorliegenden Beispiel (R-Y), übertragen.
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Im Vergleich zum bekannten Secam-System weist das System nach der Erfindung eine Vereinfachung der elektronischen Schaltungen sowohl auf der Sendeseite als auch auf der Empfangsseite und eine erhebliche Vereinfachung des Signales auf, weil nicht länger Identifizierungssignale erforderlich sind, um diejenigen Bildzeilen zu bestimmen, während deren Bildung die Signale gesendet werden, die einem oder dem andern der zwei zu übertragenden Farbsignale entsprechen.
Es ist bekannt, dass der Aufbau der Aufeinanderfolge der Zeilen- und Rastersynchronisierimpulse einer Ablenkung nach dem Zeilensprungverfahren zur Folge hat, dass der Anfang (die Vorderflanke) des Rastersynchronisiersignales für einen Raster mit dem Anfang der Zeile Nr. 1 zusammenfällt und der andere Ra-
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Rastersynchronisierimpulses erfolgen, und dieses Richtigstellen geschieht somit bei Beginn jedes Rasters, ohne dass ein zusätzliches Identifizierungssignal erforderlich ist.
Die Erfahrung lehrt, dass für einen Zuschauer, der unter normalen Bedingungen das Bild einer Wiedergabevorrichtung betrachtet, nahezu keinen Unterschied zwischen dem Bild, das gemäss dem bekann-
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signale herrührt, kann er der Vorderflanke des Rastersynchronisierimpulses (vor der Mischung auf der Sendeseite und nach der Trennung auf der Empfangsseite, gemäss bekannten Systemen, z. B. durch Amplitudenbegrenzung nach teilweise erfolgter Integrierung oder teilweise erfolgter Differenzierung des zusammengesetzten Synchronisiersignales) oder ein Signal sein, das in bezug auf das zuerst erwähnte zeitlich verschoben ist, indem es auf bekannte Weise beschleunigt oder verzögert wird.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt mit Rücksicht auf die Reihenfolge der Synchronisiersignale die Reihenfolge der Farbsignale beim bekannten Secam-System. Fig. 2 zeigt das gleiche bei einem Quasizeitfolgesystem nach der Erfindung, Fig. 3 zeigt in bezug auf die Signale nach Fig. 2 die Lage der Raster-und Zeilensynchronisiersignale. Fig. 4 zeigt schematisch die Schaltungsanordnung eines Farbfe : nseh enders zur Verwendung bei einem Übertragungssystem nach der Erfindung. Fig. 5 stellt schematisch eine Schaltungsanordnung eines Farbfernsehempfängers zur Verwendung bei einem Übertragungssystem nach der Erfindung dar.
Fig. la zeigt das Ende eines Bildes und den Beginn des nächsten Zeilenrasters beim bekannten SecamSystem ; in dieser Figur sind die Nummern der Zellen der waagrechten Ablenkung und das Signal, das der während der Bildung jeder Zeile übertragenen Farbe entspricht, angegeben. Fig. 1b zeigt unter den gleichen Verhältnissen wie Fig. la das Ende des ersten Zeilenrasters und den Beginn des zweiten Zeilenrasters
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und den Beginn des zweiten Rasters dieses Bildes.
Die verschiedenen Teile der Fig. 1 zeigen, dass der Beginn des ersten Rasters des ersten Bildes einer (R-Y)-Zeile (Nr. 1) und der Beginn des zweiten Rasters des gleichen ersten Bildes einer (R-Y)-Zeile (der Mitte der Nr. 313) entspricht, während der Beginn des ersten Rasters des zweiten Bildes einer (B-Y)-Zeile (Nr. 1) und der Beginn des zweiten Rasters dieses zweiten Bildes einer (B-Y)-Zeile (der Mitte der Nr. 313) entspricht.
Fig. 2a zeigt das Ende eines Bildes und den Beginn des ersten Rasters des nächsten Bildes, während Fig. 2b das Ende dieses ersten Rasters und den Beginn des zweiten Rasters beim System nach der Erfindung darstellt. Aus den Figuren ist ersichtlich, dass sämtliche ungeraden Zeilen die Information R-Y und sämtliche geraden Zeilen die Information B-Y übertragen, und dass dies für sämtliche Bilder gilt.
Die Fig. 3a und 3b zeigen die nicht gemischten Zeilen- bzw. Rastersynchronisierimpulse, die der Fig. 2a entsprechen, während die Fig. 3c und 3d die gleichen Impulse zeigen, die der Fig. 2b entsprechen. Eine Betrachtung der Fig. 2 und 3 lehrt, dass die Vorderflanke des Rastersynchronisierimpulses bei Beginn der Zeile Nr. 1, d. h. einer ungeraden Zeile (somit R-Y), oder in der Mitte der Zeile Nr. 313, d. h. einer ungeraden Zeile (somit auch R-Y), erscheint.
In Fig. 4, die schematisch die Schaltungsanordnung eines Senders nach der Erfindung darstellt, sind drei Kameras 1, 2 bzw. 3 angedeutet, die die rote, grüne bzw. blaue Komponente aufnehmen. Diese
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drei Komponenten werden über die Verbindungen 16, 17 bzw. 18 der Matrix 4 zugeführt, an deren Aus- gängen das Luminanzsignal Y und die zwei Chrominanzsignale (R-Y) und (B-Y) auftreten. Das Signal Y wird über die Verbindung 19 der Mischstufe 5 zugeführt, in der es mit den zusammengesetzten Synchro- nisiersignalen kombiniert wird, die über die Verbindung 22 zugeführt werden.
Das Produkt der Mischung bildet das vollständige Schwarz-Weiss-Videosignal, das über die Verbindung 23 dem Modulator 7 zuge- führt wird, dem auch vom Generator 6 die Hochfrequenzträgerwelle zugeführt wird, die nach Modulation in einer Verstärkerstufe 8 verstärkt und von der Antenne 26 abgestrahlt wird.
(R-Y) und (B-Y) werden über die Verbindungen 20 bzw. 21 dem einfachen bistabilen elektronischen
Umschalter 9 zugeführt, der eines der zwei Signale, u. zw. wechselweise (R-Y) und (B-Y) über die Ver- bindung 30 dem Modulator 11 zuführt, in dem es der vom Generator 10 erzeugten Hilfsträgerfrequenz auf- moduliert wird. Diese modulierte Hilfsträgerwelle wird der Mischstufe 5 über die Verbindung 31 zu- geführt.
Weiter liefert der Generator 12 die Rastersynchronisierimpulse, der Generator 13 die Zeilensynchro- nisierimpulse und der Generator 14 die bekannten sogenannten Ausgleichsimpulse. Die von diesen drei
Generatoren gelieferten Impulse werden in der Mischstufe 15 gemischt, die über die Verbindung 22 das zusammengesetzte Synchronisiersignal liefert. Die Rastersynchronisierimpulse, die in der Verbindung 27 auftreten, und die Zeilensynchronisierimpulse, die in der Verbindung 28 auftreten, werden den drei Ka- meras 1, 2 und 3 zugeführt, um diese zu synchronisieren. Nicht dargestellte Generatoren liefern weiter die üblichen Austastsignale.
An Stelle der Synchronisiersignale können genau so gut die Signale zum Un- terdrücken des Rücklauf der waagrechten oder senkrechten Ablenkung Verwendung finden, um die Ka- meras zu synchronisieren ; dieses beim Betrieb der Sender übliche Verfahren liefert beim Durchführen des
Systems nach der Erfindung keine Schwierigkeiten.
Die Rastersynchronisierimpulse, die auf der Verbindung 27 auftreten, werden dem Eingang 32 des elektronischen Umschalters 9 zugeführt. Die Vorderflanke des Rastersynchronisierimpulses bewirkt über diesen Eingang die Synchronisierung des bistabilen Umschalters auf symmetrische Weise, so dass dieser durch die erwähnte Vorderflanke gezwungen wird, in einen seiner stabilen Zustände, u. zw. immer in den gleichen Zustand, umzukippen, wenn er einen Impu1 empfängt. Die Zeilenimpulse, die auf der Verbindung 28 auftreten, werden dem Eingang 33 des elektronischen Umschalters 9 zugeführt und bewirken über diesen Eingang die Synchronisierung des bistabilen Umschalters auf symmetrische Weise, wodurch dieser gezwungen ist, jeweils aus einem stabilen Zustand in den andern umzukippen, wenn er einen Impuls empfängt. Dies lässt sich z.
B. sehr einfach dadurch verwirklichen, dass bei einem bistabilen Flip-Flop mit zwei Schaltelementen (Röhren oder Transistoren) die Zeilen- und Rastersynchronisierimpulse zusammen über eine Addierschaltung, die z. B. eine bekannte Schaltung mit zwei Dioden sein kann, dem Eingang einer der beiden Schaltelemente zugeführt werden, während die Zeilensynchronisierimpulse ausserdem dem Eingang des andern Schaltelementes zugeführt werden.
In den Fig. 4 und 5 sind die Steuer- oder Synchronisierverbindungen durch gestrichelte Linien dargestellt.
Im Empfänger nach der Erfindung, der in Fig. 5 dargestellt ist, werden die von der Antenne 51 empfangenen Signale über die Leitung 64 den Hochfrequenz- und Zwischenfrequenzverstärkerstufen und den Detektorstufen zugeführt, die gemeinsam durch 52 dargestellt sind. Das Videofrequenzausgangssignal von 52 wird über die Verbindung 65 dem Videoverstärker 53 zugeführt. Der Videoverstärker 53 liefert das Helligkeitssignal Y, das durch die Verbindung 66 dem Y-Eingang der Dreifarbenbildröhre 54 zugeführt wird.
Das gleiche Signal wird über die Verbindung 67 der ersten Synchronisationstrennstufe 55 zugeführt, die nur diejenigen Synchronisiersignale hindurchlässt, aus denen die Luminanzinformation entfernt ist ; diese Signale werden über die Verbindung 68 der zweiten Trennstufe 56 zugeführt, die über die Verbindung 69 die Zeilensynchronisiersignale und über die Verbindung 71 die Rastersynchronisiersignale den Kippschwingungs-und Leistungsverstärkerstufen 57 für die Zeilen bzw. 58 für die Raster zuführt, deren Ausgänge 70 bzw. 72 mit den Ablenkgliedern der Bildröhre 54 verbunden sind.
Das andere Ausgangssignal des Videoverstärkers 53, nämlich das sequentielle Chrominanzsignal (wechselweise R-Y und B-Y), wird über die Verbindung 73 dem selektiven Verstärker 59 zugeführt, Das Ausgangssignal des Verstärkers 59 wird über die Verbindung 74 einem Filter 60 mit einer bestimmten Frequenzcharakteristik zugeführt, um eine bestimmte Frequenz mehr als andere Frequenzen zu verstärken (Deemphasis-Filter). Das Ausgangssignal des Filters 60 wird einerseits über die Verbindung 75 unmittel- bar einem der Eingänge des von einer bistabilen Stufe gesteuerten elektronischen Umschalters 62 und anderseits über die Verbindung 76, die Verzögerungsstrecke 61 und die Verbindung 77 dem andern Eingang von 62 zugeführt ;
die Synchronisierung von 62 wird einerseits asymmetrisch durch die über die Verbindung 78
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zugeführten Rastersignale und anderseits symmetrisch durch Zeilensignale (aus denen die Ausgleichsim- pulse entfernt sind), die in einem geeigneten Punkt den Stufen 57 entnommen und über 79 zugeführt werden, herbeigeführt. Diese Weise von Synchronisierung der bistabilen Stufe ist gleich derjenigen auf der Sendeseite, wie dies vorstehend an Hand der Fig. 4 erläutert worden ist.
Der Umschalter 62, der auf ähnliche Weise wie der bistabile Umschalter 9 auf der Sendeseite syn- chronisiert wird, liefert über 80 das (R-Y)-Signal und über 81 das (B-Y)-Signal. Gleichzeitig mit die- sen beiden Chrominanzsignalen wird das Y-Signal (über 82) der Matrix 63 zugeführt. Die drei Ausgangs- signals (R-Y), (B-Y) und (G-Y) der Matrix 63 werden den entsprechenden Eingängen der Bildröhre 54 zu- geführt.
Die Fig. 4 und 5 zeigen nur diejenigen Elemente, deren Vorhandensein für die Erläuterung der Er- findung unbedingt notwendig ist. Weitere wesentliche Glieder, die bekannt sind und in sämtlichen uni- versellen Farbfernsehsystemen vorhanden sind, wie Filter, Verzögerungsstrecken zum Ausgleichen der
Laufzeiten usw., sind absichtlich fortgelassen, um die Erläuterung zu vereinfachen. Es dürfte einleuch- ten, dass die praktische Durchführung der Erfindung solche bekannte Glieder erfordern kann.
Selbstverständlich lassen sich die beschriebenen Ausführungsformen abändern, besonders dadurch, dass bestimmte technische Mittel durch andere, gleichwertige Mittel ersetzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Übertragungssystem für Dreifarbenfernsehen mit Aufeinanderfolge von Zeilen, bei dem die Zei- lenzahl jedes Bildes ungerade ist und zwei Raster durch das Zeilensprungverfahren zu einem Bild zusam- mengesetzt werden, wobei das Helligkeitssignal unmittelbar der Hauptträgerfrequenz aufmoduliert wird und zwei Chrominanzsignale in Zeitfolge, d. h.
während einer Zeile das eine und während der nachfol- genden Zeile das andere Chrominanzsignal, einer Hilfsträgerfrequenz aufmoduliert werden, dadurch ge- kennzeichnet, dass das System derart aufgebaut ist, dass auf der Sendeseite während jedes Bildes ein Chrominanzsignal während des Auftretens der ungeradzahligen Zeilen und das andere Chrominanzsignal während des Auftretens der geradzahligen Zeilen der Hilfsträgerfrequenz aufmoduliert wird, wobei auf der Empfangsseite die Identifizierung der Farbinformationen mit Hilfe der aufeinanderfolgenden Zeilenund Rastersynchronisiersignale erfolgt.