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Einrichtung zur Synchronisierung der Bildabtastbewegungen in Fernsehanlagen
In den gegenwärtig üblichen Fernsehanlagen wird das Bild an der Sendestelle zerlegt
und im Empfänger wieder zusammengesetzt, und zwar mittels eines durch einen sägezahnförmigen
Strom gelenkten Strahlenbündels, welches das Bild mit einer bestimmten Anzahl von
N Zeilen aufzeichnet. Diese Bildabtastung wird n-mal pro Sekunde, gegebenenfalls
mit Zeilensprung ausgeführt, d. h. daß zuerst die
ungeraden Linien ein Halbbild bilden, danach die
geraden Linien ein zweites Halbbild ergeben und daß diese beiden Raster in so kleinen
Intervallen
aufeinanderfolgen, daß sich für das Auge ein gleichförmiger Übergang von Bild zu
Bild ergibt. Diese doppelte Bildabtastung wird durch einen Doppelsatz von Synchronisiersignalen
gesteuert, welche in den gewünschten Momenten die Sägezahnoszillatoren auslösen.
Die Zeilensynchronisiersignale sind sehr kurze Impulse von der Zahl N zwischen
den Bildsynchronisiersignalen. Die Bildsynchronisiersignale sind längere Impulse,
welche aufeinander in längeren Abständen folgen.
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Diese Bildsynchronisiersignale
können positiv oder negativ sein. Die Zeilensynchronisiersignale können mit den
Bildsynchronisiersignalen mehr oder weniger gleichzeitig auftreten. jedoch sind
folgende Nachteile zu berücksichtigen: i. Urn die Bildsignale von den Synchronisiersignalen
zu unterscheiden, wird für die letzteren ein Teil der
verfügbaren
Amplitude, z. B. 3o bis 35 OM, vorbehalten, woraus ein Verlust für die Bildübertragung
entsteht.
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2. Um diesen Nachteil in Grenzen zu halten, ist die Amplitude der
Synchronisiersignale immer verhältnismäßig schwach bemessen, so daß die Synchronisierung
gegenüber den Störungen, vor allem, wenn sie positiv ist, und gegenüber den Übertragungsunregel#
mäßigkeiten und Pegelschwankungen, vor allem, wenn sie negativ ist, ziemlich empfindlich
ist. Tatsächlich werden die ferngesehenen Bilder öfters durch vollständige, oder
partielle Synchronisierungssprünge getrübt.
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3. Da die Zeilen- und Bildsynchronisiersignale von gleicher
Art sind und sich lediglich in ihrer Dauer voneinander unterscheiden, känn- ihre
Trennung nur dadurch bewirkt werden, daß man Organe mit verschiedenen Zeitkonstanten
anwendet, was schwierig und wenig genau ist, insbesondere beim Zeilensprung, wo
die Auslösung des geraden Halbbildes genau um eine Halbzeile gegen die Auslösung
des ungeraden Halbbildes verschoben werden muß.
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4. Die Dauer dieser Signale, etwa 15 0/, der Zeilenperiode,
io 0/, der Bildperiode, ist eine tote Zeit für die Übertragung der Bildzeichen
und vergrößert nutzlos das schon zu ausgedehnte Frequenzband, welches das Fernsehen
einnimmt.
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Die Erfindung bezweckt, die Zeilensynchronisiersig-nale dadurch überflüssig
zu machen, daß sie eine Einrichtung mit einer einzigen Art Synchronisiersignalen
mit Zeitintervallen
oder sogar noch größeren Intervallen verwirklicht. Sie ermöglicht, die dadurch ersparten
Zeiträume für andere Zwecke zu benutzen.
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Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß man über Oszillatoren verfügt,
deren Stabilität die Synchronisierung der Zeilenabtastfrequenz in den beiden Stationen
während der gesamten Büddauer und sogar darüber hinaus ohne Phasenkorrektur bei
jeder Zeile gewährleistet. Es genügt dabei, wenn die Abtastbewegungen bis auf einige
Büdpu-nkte von dem Anfang bis zum Ende des Bildes gleichphasig bleiben. Für Bilder
von etwa --ooooo Punkten entspricht dies einem Gleichlauf bis auf etwa ein Hunderttausendstel
des Bildes während einer Zeit von %. Sekunde. Ein -solches Ergebnis ist ganz
normal bei Verwendung guter Oszillatoren, wie sie zur Frequenzmessung benutzt werden,
und die mit Quarzen, Stimmgabeln oder deren Kombinationen arbeitün.
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Erfindungsgemäß wird die Zeilenabtastung und eventuell auch die Bildabtastung
in jeder Station durch einen stabilisierten Leitoszillator dieser Bauart gesteuert.
Diese beiden Leitoszillatoren werden vorher auf eng benachbarte Frequenzen eingestellt.
Zu diesem Zweck wird z. B. der Empfangsleitoszülator aus einem unveränderlichen
Quarz und einem regelbaren Zusatzoszillator bestehen, deren Frequenzen (Harmonische
oder Subharmonische) in irgendeiner bekannten Weise addiert oder kombiniert werden,
um die gewünschte Frequenz zu erzeugen. Schließlich werden diese beiden Leitoszillatoren
in regelmäßigen, langen Abständen, z. B. die Zeilenoszillatoren mit der Frequenz
der Bilder, durch Synchronisiersignale in Phase gebracht, welche nun gleichzeitig
das Bild und die Zeilen steuern.
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Der Wegfall der Zeilensynchronisiersignale und das Vorhandensein nur
eines einzigen Synchronisiersignals beseitigen offenbar die oben unter
3 und 4 angeführten Nachteile. Um auch die Nachteile i und 2 zu beseitigen,
sieht die Erfindung außerdem vor, daß das einzige Signal mit der gesamten für die
Übertragung verfügbaren Amplitude ausgesandt werden kann, wobei die Überschneidung
mit den Bildsignalen mittels einer der folgenden Kunstgriffe vermieden wird: a)
Das einzige Signal wird in Abständen mit einer von der Zeilenfrequenz n
- N verschiedenen Frequenz, z. B. mit deren Subharmonischen, gesendet;
b) das einzige Synchronisiersignal besteht aus einer plötzlichen Änderung
der Trägerfrequenz; c) das einzige Signal besteht aus einer plötzlichen Phasenänderung
der ausgesendeten Welle, z. B. einer Verschiebung um 180'.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert, welche
in Abhängigkeit von der Zeit die Änderungen der Spannungen oder Ströme in den verschiedenen
Teilen der Fernsehanlage zeigt.
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DerZeitabstand to bist,
stellt die Dauer einer Zeile dar. Die Kurve i stellt die Zeilenleitschwingung bei
der Sendung dar. Diese Schwingung wird als sinusförrnig angenommen, kann aber jede
andere F orm haben. Es ist bekannt, sie umzuformen und von der Sinuskurve oder von
einer beliebigen periodischen Kurve aus durch Sättigung, Gleichrichtung und Ableitung
oder durch die Steuerung von Multivibratoren usw. Folgen von sehr kurzen, entweder
gleichsinnigen, wie Po, pi, p, oder abwechselnd entgegengesetzten Impulsspitzen,
wie P., pl,', p2, p3,- -.
(vgl. die Kurven 2. und 3), zu erzeugen.
Mit Hilfe dieser Impulsspitzen kann man so die Abtastung mit der Zeilenfrequenz
N - n von dem Leitoszillator aus steuern, und zwar mit der Zeilenzahl
7V je Bild oder, wie in der Figur angegeben,
oder mit einer anderen durch Frequenzmischung gewonnenen Subharmonischen.
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Die Kurven 5 und 6 stellen ebenfalls eine entsprechende
Zeilenleitschwingung bei dem Empfang dar, welche zunächst in Form der Kurve
5 mit etwa der gleichen Frequenz wie die- Schwingung i, jedoch mit einer
abweichenden Phase erzeugt wird. Sie wird dann bei 6 genau in Phase mit i
gebracht. Die Kurve 7
stellt die von 6 abgeleiteten kurzen Impulsspitzen
dar, welche für die Auslösung der Zeilenabtastbewegung im Empfänger in genauem Synchronismus
mit den entsprechenden Impulsspitzen der Kurve ?, bestimmt sind.
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Um die beiden Leitschwingungen i und 6 in vollkommene Phasenübereinstimmung
zu bringen und darin zu halten, wird das einzige Synchronisiersignal verwendet,
welches aus einer gewissen Anzahl P von kurzen, in regelmäßigen Zeitabständen abgegebenen
Stößen besteht. Beispielsweise wurde - angenommen (Kurve 3), daß fünf
Stöße P., PI, P4, P6, p8
in dem Intervall t. bis t" abgegeben werden.
Diese
Stöße sind genau um eine Periode des Leitoszillators versetzt.
Ihre Amplitude kann den für den Sender zulässigen Höchstwert erreichen. Bei dem
Empfang werden die Stöße verstärkt und dem Gitter des Leitoszillators in der Weise
zugeführt, daß seine Phase gestört wird, bis sie in einer bestimmten Beziehung zu
der Abgangsschwingung i festgelegt wird. Bei der Inbetriebsetzung ist es möglich,
daß die erste Folge von P Stößen nicht ausreicht, um dieses Ergebnis zu erzielen.
Am Ende von einigen aufeinanderfolgenden Bildern, d. h. von einigen Reihen
von Stößen, die eine vernachlässigbare Verzögerung von höchstens einigen Zehntelsekunden
umfassen, wird die Phase der Schwingung 6 jedesmal in unveränderlicher Weise
in bezug auf die Schwingung i festgelegt.
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Wenn diese Phase nicht genau diejenige ist, welche für die Zeilenauslösung
passend ist, wird sie durch einen Phasenschieber von bekannter Bauart berichtigt,
um bei 6 die gewünschte Übereinstimmung herzustellen, welche die Gleichzeitigkeit
der Spitzen der Kurve 7 mit denjenigen der Kurve 2 herbeiführt.
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Die so im Zeitpunkt tlo gegeneinander festgelegten Oszillatoren sind
genügend stabil, damit ihre Phasenverschiebung während der ganzen Bilddauer, etwa
250 Schwingungen, unmerklich bleibt. Man kann demnach vom Zeitpunkt t" ab
jede Sendung von Synchronisierungsstößen unterbrechen und einfach die Sendung von
Bildzeichen S, vornehmen, wie dies Kurve 3 zeigt.
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Diese Bildsignale haben zwar, ebenso wie auch etwaige Störungen, in
dem Empfänger die gleiche Richtung wie die vorhergehenden Stöße, mit einer gleichen
oder größeren Amplitude. Sie können daher nicht von ihnen unterschieden werden und
wirken auf das Gitter des Zeilenleitoszillators ein, so daß sie die Schwingung
5 stören könnten. Zur Vermeidung dieser schädlichen Wirkung sieht die Erfindung
vor, daß dieser Oszillator mit der Frequenz
und nicht mit der Frequenz it arbeitet. Auf Grund dieser Maßnahme erzeugen die Bildsignale,
welche annähernd mit der Frequenz n N wiedergegeben werden, da eine Zeile
nur ausnahmsweise von der folgenden stark abweicht, Wirkungen, die bei zwei in entgegengesetzter
Richtung aufeinanderfolgenden Halbwechseln der Schwingung 5, z. B. von 40
bis t", dann von t, bis t1.2, annähernd gleich sind, und das mittlere Ergebnis ist
Null. Ebenso werden, da die Störungen zufällig verteilt sind, ihre Wirkungen auf
den Zeilenleitoszillator beim Empfang durch dessen Trägheit während einer erheblichen
Zeitperiode integriert, und ihre Gegenwirkung während der Halbwechsel entgegengesetzter
Richtung ergibt ebenfalls als mittleres Ergebnis Null.
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Schließlich kann man, wenn es erforderlich ist, gemäß der Erfindung
eine zusätzliche Verriegelung vorsehen. Zu diesem Zweck synchronisieren die einzelnen
Signale einen Oszillator mit der Bildfrequenz, und eine von diesem gelieferte Polarisationsspannung
sperrt den Eingang der empfangenen Signale zu dem Gitterdes Zeilenoszillators außerhalb
des wirksamen Periodenteiles t. bis 1", so daß dieser Oszillator gegen alle etwaigen
Störungen geschützt ist, die von den Bildsignalen herrühren.
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Sofern man die Bildübertragung mit Zeilensprung durchführen will,
braucht man nur noch den einen Raster mit der Schwingung i oder 6 und den
anderen Raster mit einer in der Phase um
verschobenen Schwingung auszulösen, also beispielsweise mit Hilfe einer Schwingung
von der doppelten Frequenz 2 N it und geändertem Vorzeichen, oder
mit Hilfe einer Schwingung, die an demselben Phasenschieber abgenommen wird, welcher
den Übergang von 5 auf 6
ermöglicht. Der Übergang von einem Raster
auf den anderen wird dabei durch den Oszillator mit Bildfrequenz gesteuert, welcher
während eines Halbwechsels eine der Reihen hindurchlassen und die andere sperren
würde, und umgekehrt bei dem folgenden Halbwechsel. Diese Anordnung ist als elektronischer
Ums chalter bekannt.
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Bei der Ausführung nach der Zeichnung wurde angenommen, daß das einzige
Synchronisiersignal aus einer Folge von mehreren kurzen Stößen besteht, welche die
Scheitelamplitude erreichen können. Dies ist die einfachste Lösung, wenn die Modulation
im positiven Sinne erfolgt (zu der Leuchtstärke proportionale Amplitude), denn weil
die Amplitude der empfangenen Impulse während der ganzen Zeit t, bis l» Null
ist, abgesehen von den kurzer., auf die Zeilen synchronisierten Stößen, ist das
Leuchtbündel automatisch während der Rückkehr von der Unterseite zur Oberseite des
Bildes gelöscht; nur während dieser P Punkte P, bis p", welche genau während
der Zeilenrückkehrbewegung auftreten und somit nicht stören, werden Impulse übermittelt.
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Man kann jedoch auch gemäß der Erfindung di3 Sendung von dem Zeitpunkt
t, bis zu dem Zeitpunkt t" durchgehen lassen, wobei die Stöße der Bildsynchronisiersignale
durch kurze Unterbrechungen oder durch plötzliche Frequenz- oder Phasenwechsel ersetzt
werden. Es ist bekannt, bei der Sendung derartige Wechsel vorzunehmen und sie beim
Empfang auf den vorhergehenden Fall zurückzuführen.
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Da auf diese Weise die Signale für die Zeilensynchronisierung wegfallen,
sieht die Erfindung die Ausnutzung des dadurch verfügbaren Zeitintervalls vor. Beispielsweise
geschieht dies einfach durch Unterdrückung dieser Zeitspanne, wobei die Lichtsignale
einer Zeile ohne merkliche Unterbrechung auf diejenigen der vorhergehenden Zeile
folgen. Da dieses Verfahren keine Zeit mehr für die Rückkehr des Fleckes bei der
üblichen Abtastung mit Sägezahnstrom läßt, ersetzt man diese durch eine Abtastung
mit symmetrischem Zickzackstrom mit gleicher Geschwindigkeit bei dem Hinweg auf
einer Zeile und bei der Rückkehr auf der folgenden. Man gewinnt so etwa 15
0/, der Bilddauer für die Bildübertragung und kann entsprechend das erforderliche
Frequenzband verringern.
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Man kann diesen Bruchteil auch zur'Unterbringung einer weiteren Übertragung
ausnutzen, z. B. des das Bild begleitenden Tones (Signal S, in Kurve j).
Es
wurde schon vorgeschlagen, zu diesem Zweck die Zeilensynchronisiersignale
zu benutzen, indem ihre Amplitude durch den Ton moduliert wird. Dieses Verfahren
kann jedoch nicht befriedigen, weil die. Amplitude der Synchronisiersignale nur
geringe Änderungen erfal#ren kann. Sie ist auf einen Höchstwert von 300/,
beschränkt, um sich von den Lichtsignalen zu unterscheiden, und andererseits kann
sie nicht stark herabgesetzt werden, ohne für die Synchronisierung des Empfanges
ungenügend zu werden. Die Amplitude und der Grad der Tonmodulation sind demnach
sehr gering.
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Gemäß der Erfindung bleibt hingegen die verfügbare Amplitude gleich
der maximalen Amplitude, und sie kann tief moduliert werden, ohne auf die Synchronisierung
zurückzuwirken. Zweckmäßig wird man in den Tonkanal Siebkreise für die Frequenzen
N,
und n einfügen, deren unvermeidliche Komponenten störend sein könnten. Um bei diesem
Verfahren die Trennung von Licht und Ton zu erreichen, läßt In- an durch
die Schwingung 6 einen Elektronenschalter von bekannter Ausbildung steuern,
welcher den Tonkanal freigibt und dabei den Lichtkanal sperrt, und zwar während
eines passenden Zeitintervalls -c (Rückkehr des Fleckes), entsprechend der Amplitude
zwischen - a und + a (Kurve 6), bzw. unigekehrt während des
übrigen Teiles der Periode.
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Die Erfindung ermöglicht es ferner, für die Fernsehübertragung den
Vorteil einer Geheiraübertragung zu
gewährleisten. Das Bild'kann nämlich in
richtiger Weise nicht durch einen Empfänger wiederhergestellt werden, welcher nicht
die Zeilenleitschwingung mit passender Frequenz besitzt.
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Um dieseiiVorteil zu bekräftigen, kann man gemäß der Erfindung den
Sender mit mehreren verschiedenen .3... ausstatten, die nach Leitfrequenzen
N, N#, N,
Beheben gemäß einem vorher festgelegten Rhythmus
oder Zeitplan ausgewechselt werden, der gegebenenfalls durch eine weitere Veränderung
des einzigen Signals signalisiert wird. Das Bild kann dann nicht durch einen Empfänger
wiederhergestellt werden, welcher nicht dieselben Frequenzen und den Schlüssel für
ihren Wechsel besitzt.
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Die Erfindung ist offenbar nicht auf den Fall beschränkt, wo das einzige
Signal mit der Frequenz des Bildes durchgegeben wird. Wenn die Stabilität der LeitosziRatoren
es gestattet, erstreckt sich die Erfindung auf den Fall, wo das einzige Signal nur
mit sehr viel längeren Intervallen gegeben wird, wobei die Bildwechsel in der Zwischenzeit
durch einen BildleitosziRator bewirkt werden, der nach demselben Prinzip stabilisiert
ist.
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Ferner erstreckt sich die Erfindung auf den Fall, wo die Leitfrequenz
durch Intervalle auf einem anderen Weg als dem Bildkanal, beispielsweise auf den
Tonkanal, übertragen wird. Schließlich erstreckt sich die Erfindung auch auf den
Fall, wo man, um vor-Übergehend Empfänger der gewöhnlichen Bauart verwenden zu können,
die Zeilenfrequenz bei der Sendung mit Hilfe des Leitoszillators stabilisiert und
dabei weiterhin einen Teil der Zeilensignale für die nicht oder schlecht synchronisierten
Empfänger überträgt.