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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY 4, rue Boudewyns ANVERS
PERFECTIONNEMENTS AUX SYSTEMES DE TRANSMISSION D'IMAGES PAR TELEVISION OU AUTRES SYSTEMES ANALOGUES
Cette invention se rapporte particulièrement à la transmission de oourants d'images par télévision à travers des lignes et à travers des filtres, réseaux artifioiels, modulateurs, amplificateurs, etc, et son but est de transmettre et/ou de réduire le spectre de fréquence requis pour la transmission. En particulier, elle a pour
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but d'éliminer par les arrangements décrits la nécessité de transmettre du courant oontinu et du oourant de fréquence très basse tout en faoilitant l'introduction de signaux de synchronisation plus préois pour déterminer le moment du oommenoement des lignes, du cadrage de l'image, etc.
Le principe de l'invention est de oommuter le oourant dont la oaractéristique de fréquence doit être modifiée, au moyen de commutateurs ou d'un circuit modulateur en des intervalles périodiques réguliers,, en ohoisissant la fréquence et la phase des instants de commutation de manière qu'ils aient lieu au moment où la valeur du courant n'est pas importante ou est d'une valeur connue qui peut, par la suite, être reproduite.
Dans le cas d'un oourant d'image, des moments de ce genre pour la commutation ont lieu ordinairement entre la fin de chaque ligne et le commencement de la ligne suivante car, dans ce cas, la valeur du courant n'a pratiquement pas d'importance. Dans le oas de certains systèmes bien connus de télévision, des moments de ce genre ont lieu dans les intervalles entre les lignes et entre les cadrages. Dans chacun de ces intervalles il y a normalement une période ou des périodes pendant lesquelles le courant a une amplitude déterminée, et une autre période ou d'autres périodes ou le courant est nul. Une quelconque de ces périodes convient également pour la oommutation, et un nombre quelconque impair de commutations peut être réalisé pendant chacune des périodes avantageuses.
Il n'est même pas essentiel que le même nombre de oommutations s'effeotue dans chacun des intervalles périodiques réguliers. L'effet du procédé de oommu- tation sur la rangée de fréquences requise pour la transmission dépend de la rapidité du procédé de commutation.
Théoriquement, quand la commutation est réalisée absolument instantanément, elle ajoute infiniment peu à la constante de fréquence du courant à moins qu'elle n'ait lieu à un instant où le oourant est nul car, dans ce cas, elle peut soit réduire ou accroître la rangée des composantes de Fourier.
Quand le procédé de commutation prend un temps défini, comme quand il est réalisé par une modulation aveo une onde de forme carrée, mais dont la forme n'est pas parfaitement carrée
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il est désirable de réaliser un arrangement pour que l'onde soit suffisamment arrondie, ou bien que la commutation soit suffisamment lente pour assurer que les ohangements de oourant produits ne soient pas plus rapides que d'autres changements d'amplitude inhérents à l'onde, et la tendance du procédé de commutation est alors de dépla- -oer la rangée de fréquences réellement vers le haut d'environ la moitié de la fréquence de ligne sans altérer d'une manière appréoiable la rangée totale.
Une indication de la nature de ces ohangements de fréquence est obtenue en oonsidérant la distribution énergie-fréquence d'un courant de télévision typique. La composition d'un signal typique de télévision est montrée dans un article de MM. Pierre Mertz et Frank Gray paru dans le Bell System Teohnioal Journal 1934, page 478.
On a trouvé qu'elle oontenait une composante de fréquenoe absolument nulle (o.o.). Il y a aussi de très fortes oomposantes de l'ordre d'une fraction d'une hertz, mais pratiquement aucune énergie au-dessus d'une hertz jusqu'à la fréquence de cadrage (ordinairement 25 hertz) n'est approohée. Après cela il y a des rangées d'énergie pratiquement nulle, séparées par des rangées de faible énergie mais d'énergie appréciable correspondant aux harmoniques inférieures de la fréquence de cadrage, ces énergies plus faibles sont toujours négligeables après environ 1/20e d'un intervalle d'énergie nulle jusqu'à ce que la fréquence "ligne" (ordinairement environ 10 Kc) soit presque atteinte.
La distribution d'énergie à la fois au-dessus et en-dessous de cette fréquence correspond approximativement à celle dans les 500 premiers oyoles au-dessus de zéro. Autour de chaque harmonique de la fréquence de ligne est oentré un groupe de fréquences d'énergie semblable.
Entre chacun des quelques premiers groupes il y a une large rangée d'énergie toujours nulle, mais les groupes correspondant aux harmoniques plus élevées, quoique faibles en énergie, ne sont pas diffusés dans la distribution de fréquence. Vers l'extrémité supérieure de la rangée de fréquenoes , les groupes ne sont pas plus
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longtemps bien définis, et la distribution d'énergie est toujours uniforme. L'effet du procédé de modulation est de replaoer chaque composante précédente présente par une série de composantes. Deux dans les séries correspondant à une simple composante, diffèrent de l'original par la fréquence fondamentale de la fréquence de modulation, et plus de deux diffèrent par chaque harmonique impaire de l'original.
La fréquence fondamentale de modulation pour une oommutation entre chaque ligne est égale à la moitié de la fréquence de "ligne", de sorte que l'efret total de la modulation sur le courant oomplexe de télévision est de replaoer le groupe ayant lieu à la fréquence zéro et immédiatement au-dessus de cette fréquence (jusqu'à la fréquence de cadrage et des harmoniques plus élevée de oelle-oi), les groupes centrés autour de la fréquence de ligne, et les harmoniques de celle-oi, par d'autres groupes oentrés autour de la moitié de fréquence de ligne et des harmoniques impaires de celle-oi.
chacun de ces nouveaux groupes est une oombinaison d'un des groupes originaux élevés par la moitié de la fréquence de ligne, et d'un autre groupe réduit par la moitié de cette fréquence de ligne, plus de faibles additions d'autres groupes élevés ou abaissés par des multiples impairs de la moitié de la fréquence de ligne.
Des oomposantes de l'onde modifiée qui se trouvent très près de la fréquence zéro peuvent seulement âtre dérivées des composantes dans l'onde originale qui se trouvent à mi-ohemin entre zéro et la fréquence fondamentale de ligne, ou à mi-ohemin entre des harmoniques adjacentes de la fréquence de ligne. Dans toutes ces régions, les oomposantes sont normalement si faibles qu'elles peuvent être éliminées sans erreur appréciable. Dono, pour la transmission de l'onde modifiée, il n'est pas nécessaire de transmettre les fréquences les plus basses.
Quand, par suite de la dimension du spot analyseur, ou par suite de l'emploi de circuits sélecteurs, la fréquence des composantes les plus hautes du signal non modifié est limitée, l'effet ordinaire de la commutation est d'étendre la rangée vers le haut par la
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fréquence de modulation et d'ajouter des oomposantes non importantes étendant plusieurs fois la fréquence de ligne au-dessus de la limite originale. Cela est ordinairement une addition négligeable. Si, d'autre part, les oomposantes de l'onde originale ne sont'pas limi- tées de cette manière, mais s'étendent au-dessus de la rangée effi- oaoe du chemin de transmission, quelques-unes des oomposantes de l' onde originale, qui peuvent avoir été transmises, sont envoyées vers le haut au-delà de la rangée de transmission efficace.
Les autres, qui tomberaient au-delà, de la rangée de transmission,sont transférés vers le bas et sont rendus utilisables. Le résultat net est donc que pour une limite supérieure donnée de fréquence, le procédé de commutation ne comprend aucune perte de détail si la limitation de fréquence est appliquée après la modification. Le rétablissement de l'onde originale est très facilement accompli par une rectification de l'onde totale.
Si les commutations ont lieu à un moment de oourant nul, le rétablissement peut être perfectionné, mais si elles ont lieu â des instants où le oourant est défini, alors ces instants sont mar- qués par de oourtes périodes durant lesquelles le courant tombe à zéro, puis s'élève à nouveau. Ces oourtes périodes ne sont pas né- oessairement préjudioiabies à cause qu'elles ont lieu entre les lignes de l'image.
Dans un système pour la transmission, il oonvient d'effeo- tuer la commutation au moment le plus favorable possib le, et de re- tenir le courant dans la forme modifiée aussi longtemps que possible.
Ainsi, dans un système utilisant pour la transmission un dispositif analyseur linéaire,suivi par un amplifioateur du type multiplicateur électronique (qui amplifie toutes les fréquenoes en-dessous de zéro), un amplificateur de ligne (transmettant seulement du oourant alterna -tif), une ligne de transmission, un autre amplificateur de ligne (le même que le premier) et un radio-transmetteur, le dispositif oom -mutateur doit, de préférence, suivre immédiatement l'amplificateur multiplicateur électronique* Une rectification doit Être appliquée immédiatment,avant le premier modulateur dans le radio-transmetteur.
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Il est cependant préférable d'omettre le rectificateur et d'employer un modulateur dans le radio-transmetteur, qui donne une transmission , de la double bande latérale avec l'onde porteuse supprimée. L'enveloppe de l'onde porteuse est alors exactement la même que si l'onde modifiée avait été rétablie par rectification, mais à chaque instant de commutation, la phase de l'onde porteuse est inversée. Cette inversion n'affecte pas le récepteur ordinaire de télévision, mais si des signaux ayant la phase inversée sont détectés avec un oscillateur synchronisé local, l'onde commutée est reproduite, qui convient pour une amplification et pour le contrôle des circuits synohronisateurs.
Pour utiliser avantageusement l'onde modifiée comme contrôle pour les circuits synohronisateurs, il est désirable d'éliminer entièrement de l'onde non-oommutée la période d'amplitude nulle, laissant une période d'amplitude constante entre les périodes réelles de télévision. Si la commutation est réalisée pendant la période d'amplitude constante à une vitesse rapide mais non nécessairement infi -nie, une indication très préoise est obtenue.pour la synchronisation, et l'extrémité de cadrage (qui est normalement marquée par une suocession de périodes de lignes pendant lesquelles la valeur du courant varie en concordance aveo un code déterminé entre zéro et la même valeur égale à ou moindre que la valeur d'image la plus faible)
peut être indiquée par plusieurs périodes de lignes ayant une valeur de courant plus faible qu'un oourant quelconque associé avec la période réelle de télévision, ou par l'insertion de commutation additionnelle ou par les deux moyens. Si des commutations additionnelles -sont insérées, le total pendant une période quelconque de ligne doit, de préférence, être impair afin de déterminer la composante de courant continu aussi complètement que possible.
Quand on utilise le principe de commutation, il est désirable que le nombre de lignes réelles par cadrage et que le nombre d'interlignes entre les cadrages doivent être tous aeux pairs, et il est préférable que les lignes réelles soient à la fois commencées et finies avec une demi-ligne. Toutes ces conditions sont facilement
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arrangées dans un système analyseur oomplet, mais dans un autre système certaines doivent être sacrifiées. Le nombre de lignes réelles dans chaque demi-cadre doit encore être pair, mais le nombre d' interlignes doit alors oontenir une fraotion, et si la moitié d'une ligne réelle est utilisée pour oommenoer et finir un demi-cadrage, l'autre demi-cadrage ne peut être rapidement réalisé.
Une variation de ces conditions introduit un très petit oourant odntinu stable ou une oomposante de fréquence de cadrage qui peut normalement être négligée. Une composante à oourant oontinu stable peut naturellement être équilibrée très facilement.
Quand les deux bandes latérales de l'onde oommutée ont été transmises, par exemple par radio, et pour le but de synchronisation préoise dans des récepteurs spéciaux, les intervalles normaux de synchronisation de courant nul ont été omis et il est avantageux de rendre la vitesse de commutation modérée car alors l'enveloppe des bandes latérales transmises est pour un temps appréciable approxima -tivement d'amplitude nulle, et l'intervalle d'amplitude approximativement nulle sera accepté par des récepteurs ordinaires comme une substitution aux impulsions synchronisatrices normales d'amplitude nulle.
L'invention est maintenant décrite comme appliquée à un système partioulier transmetteur de télévision montré sur les dessins ci-joints. Sur ceux-ci :
La figure 1 montre en A un diagramme de la forme d'onde d' un signal de télévision produit d'une manière bien oonnue, par exemple au moyen des appareils décrits dans l'article précédemment mentionné, tandis que B est un sohéma montrant un moyen par lequel la forme d'onde de A peut être commutée conformément à l'invention;
La figure 2 est un sohéma de circuit comprenant les faits caractéristiques de l'invention et pouvant donner la forme d'onde montrée en B, figure 1;
La figure 3 est un sohéma plus détaillé d'un circuit modula -teur pouvant être utilisé dans l'arrangement de la figure 2 dans le cas ou la ligne d'entrée au oirouit modulateur est équilibrée.
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Considérant d'abord la figure 2, celle-ci montre oomment l'invention peut être appliquée au système transmetteur de télévision déorit dans l'article de MM. Blumlein, Browne, Davis et Green, lu à l'Institute of Eleotrical Engineers le 21 Avril 1938. cet arrangement est basé sur la figure 3 de cet article. Ici le dispositif analyseur ou oaméra 1 produit l'onde visuelle soumise à différentes variétés de déformations appelées déformations d' "ombre" qui sont oorrigées au moyen d'un contrôle effectué dans le premier amplifioa -teur 2. Les dispositifs suivants 3, 4 et 5, dits dispositifs "mélangeurs", suppriment des parties de l'onde et ajoutent d'autres impulsions pour la synchronisation.
Dans ce cas le procédé de oommutation de l'invention ne doit pas être appliqué tant que la oorrec -tion et le mélange ne soient achevés à moins que des inversions de phase ne doivent être utilisées pour le contrôle de la synchronisation de la ligne et du cadrage, dans lequel cas le mélangeur synohro -nisateur 5 est omis. Le chemin suivi pour la transmission de l'image dans le transmetteur comprend des amplificateurs additionnels en 6 et un amplificateur distributeur en 8.
Les différents générateurs 9 à 13 sont contrôlés ainsi qu' il est décrit dans le dit article par une source de fréquence prin- oipale 14 pour la ligne, et par une source de fréquence principale 15 pour le cadrage, lesquelles sont contrôlées à leur tour à travers les diviseurs de fréquenoes 17 et 18 par un oscillateur principal 16 à double fréquence de ligne. Le diviseur 17 effectue une division par 2, et le diviseur 18 prévoit différentes divisions suivant.la nécessité de la source de cadrage 15.
Afin d'adapter le système pour la commutation de l'onde d' image en concordance aveo l'invention, un modulateur oommutateur 20 est inséré avant l'amplificateur distributeur 8 et est contrôlé par un générateur d'onde modulante 21 prévu dans ce but. La fréquence appliquée au oommutateur inverseur de phase ou modulateur commutateur 20 est supposée être moitié de la fréquence de ligne (donnant une commutation par ligne).
Un diviseur de fréquence additionnel 22 est donc prévu qui fonctionne sous la source de fréquence prinoi--
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-pale de ligne 14 et prévoit, par exemple, une énergie app roximative -ment sinusoïdale de la moitié de la fréquence de ligne. cette énergie sinusoidale est oonvertie dans un générateur modulateur d'onde 21 en une onde sensiblement carrée de la même fréquence fondamentale, et cette onde agit pour oommuter l'onde d'image passant à travers le modulateur commutateur 20.
La forme d'onde ordinaire appliquée à l'amplificateur distributeur 8 est montrée sur la figure 1 en A. Elle oomprend des in -tervalles de synchronisation de ligne d'amplitude pratiquement nulle.et des signaux synchronisateurs de cadrage s'étendant pour la du -rée de plusieurs lignes et ayant deux impulsions par intervalle de ligne, ainsi qu'il est montré. L'effet de commutation à la fréquence de ligne et pendant les intervalles de synchronisation de ligne est de fournir la forme d'onde montrée sur la figure 1 en B où le s signaux de lignes alternées sont négatifs. On a supposé en B que la commutation est instantanée, mais il est évident que la commutation peut prendre un temps défini dans l'intervalle de synchronisation. un circuit simple pour le procédé de commutation est montré sur la figure 3.
Il consiste en un modulateur à anneau M reotifioateur métallique bien connu, alimenté à travers le transformateur Tl par une onde porteuse de rréquenoe moitié moindre que la fréquen -ce de ligne. L'onde modulée ou commutée est rogue par le transformateur T2, et l'onde non modulée est appliquée sur la ligne L.
Pour une commutation rapide et certaine, l'onde porteuse reçoit une forme approximativement carrée par son passage à travers un amplificateur push-pull surchargé P afin de supprimer les pointes, les demi-oyoles positif et négatif de l'énergie fournie étant égaux en durée tandis que leur amplitude est oonstante pendant la totalité des périodes pour lesquelles l'amplitude de l'onde d'image ou de télévision oorrespond à des parties de la scène (environ 85% de chaque demi-cycle).
L'amplificateur P constitue le générateur d'onde modulante 21 de la figure 2 et reçoit son énergie du diviseur 22. Le modulateur à anneau M est montré comme étant du type le plus simple remplissant
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les conditions essentielles qui sont : (a) le chemin de transmission d'entrée doit être capable de transmettre toutes les fréquences inférieures jusqu'à zéro ; (b) il doit offrir une suppression complète dans les circuits d'entrée et de sortie de l'onde commutatrice; (c) il doit fournir une suppression complète dans le circuit de sortie des ondes d'entrée non-commutées. Le modulateur à anneau n'est cependant pas considéré comme néoessairement le meilleur pour le but poursuivi et d'autres formes convenables de modulateurs peuvent être utilisées.
REVENDICATIONS.
1 - Méthode pour éliminer ou affaiblir la composante direote et les oomposantes de fréquences plus basses dans une onde d'image ou de télévision, laquelle consiste à soumettre l'onde à des commutations répétées ou à un procédé de modulation s'approchant d'une commutation répétée.