Schaltung für Fernseheinrichtungen. Diese Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung für Fernseheinrichtungen, bei welcher eine ausgestrahlte Trägerwelle mit den Sehfrequenzen moduliert wird.
Die Modulationen einer ausgestrahlten Trägerwelle für den einfachsten Fall einer Fernsehübertragung bestehen bekanntlich (1) in Amplitudenveränderungen der Träger welle entsprechend den Licht- und Schatten- werten jeder Bildlinie, (2) in. grösseren Ampli- tudenverä.nderungen bezw. Impulsen, die das Zeitintervall zwischen der Beendigung jeder Linie und dem Beginn der nachfolgenden an deuten, und (3) in entsprechenden. Impulsen,
die das Zeitintervall zwischen dem Ende eines ganzen Bildes und dem Beginn des nächsten darstellen.
Die Abtastung ist bei den gebräuchlichen Anordnungen im allgemeinen geradlinig und erfolgt _ in aufeinanderfolgenden Linien, die sich von links nach rechts erstrecken und von oben nach unten aufeinanderfolgen. Die An zahl der Bilder, die pro Sekunde abgestastet werden, sei zu 24 Bildern pro Sekunde, und die Zahl der Linien sei zu 2880 Linien pro Sekunde, d. h. 120 Linien pro Bild, angenom men. Die Spurung jeder Linie geschieht eben so, wie die Spurung jedes Bildes linear mit der Zeit.
Eine derartige Abtastung wird in einem mechanischen System praktisch durch die bekannte Lochscheibe mit nach einer Spirale angeordneten Löchern verwirklicht. Wo die Abtastung elektrisch geschieht, wie bei einer Anordnung mit Kathodenstrahl röhre, sollte das zur Ablenkung des Katho denstrahls verwendete elektrostatische oder elektromagnetische Feld sich entsprechend einer Sägezahnwellenform verändern.
In der verwandten Technik des Tonrund funkes wird das Modulationsfrequenzband im allgemeinen in einer Ausdehnung von rund 50 bis 8000 Hz angenommen. Dieses Band wird gewöhnlich "Hörfrequenzband" ge nannt. Für eine Fernsehübertragung kann analog der Ausdruck "Sehfrequenzband" verwendet werden.
Da für eine Fernsehüber- tragung sowohl sehr hohe, als auch sehr tiefe Frequenzen übertragen werden müssen, ist dieses Sendefrequenzband ganz erheblich breiter als das Hörfrequenzband für die Zwecke des Tonrundfunkes. Es ist klar, dass die Übertragung eines so ausgedehnten Fre quenzbandes ganz erhebliche technische Schwierigkeiten enthält, und man hat sich daher für die Zwecke des Fernsehens häufig mit einer unzureichenden Frequenzbandbreite behelfen müssen.
Da die Qualität der Über tragung insbesondere die Feinheit des wie dergegebenen Bildes und die richtige all gemeine Helligkeit des Bildes ganz entschei dend davon abhängen, wie breit das tatsäch lich übertragene Frequenzband ist, so ist es eine besonders wichtige Aufgabe, die Mög lichkeiten zur Übertragung dieses geforder ten, ausserordentlich breiten Frequenzbandes zu schaffen.
Die obere Grenze dieses Sehfrequenzban des hängt eng zusammen mit der Frage, wie fein die Unterteilung des Bildes gewünscht wird, d. h. wie fein die Einzelheiten inner halb einer Zeile sein sollen, welche mit der Einrichtung noch aufgelöst werden sollen. Je feiner diese Auflösung gewünscht wird, desto schnellere Wechsel von Licht zu Schat ten ergeben sich während der Abtastung und desto höher sind die entstehenden Fre- quenzkomponenten für das zu übertragende Band. Die Praxis hat ergeben, dass diese obere Grenze bei etwa<B>800000</B> Hz angenom men werden muss, wenn eine brauchbare Fernsehübertragung erzielt werden soll.
Die untere Grenze des Sehfrequenzbandes wird in der Praxis im allgemeinen gleich der Bildfrequenz angenommen, d. h. gleich der Zahl der in einer Sekunde vollständig über tragenen Bilder. Diese Zahl entspricht un gefähr der bei der Filmprojektion üblichen Bildwechselzahl pro Sekunde und liegt ent sprechend dem Bedürfnis an Flimmerfreiheit bei etwa 24 Bildern pro Sekunde. Es hat sich nun gezeigt, dass für eine einwandfreie Fernsehübertragung auch noch tiefere Fre quenzen als die Bildfrequenz mit übertragen werden müssen, nämlich die sogenannten ,,Hintergrundfrequenzen".
Wenn man sich vorstellt, dass während des Bildablaufes sich die allgemeine Helligkeit des Bildes langsam und kontinuierlich verändert, so würde für die Übertragung dieses Vorganges eine entspre chende Modulation der ausgestrahlten Hoch frequenzträgerwelle erfolgen müssen, d. h. beispielsweise bei der Darstellung eines Son nenaufganges müsste entsprechend der Zu nahme der allgemeinen Helligkeit auch die Amplitude der ausgestrahlten Hochfrequenz trägerwelle in gleichem Mass zunehmen. Der artig langsam verlaufende Änderungen, wel che sich über die Zeit mehrerer Bildwechsel erstrecken, haben mit den Einzelheiten des übertragenen Bildes nichts mehr zu tun, son dern rühren lediglich von der allgemeinen Helligkeit des Bildhintergrundes her.
Wenn nun eine Nachregelung der Bildhelligkeit entsprechend der dargestellten Szene (Tag oder Nacht, Innenraum oder Landschaft) am Empfänger vermieden werden soll, so ist die Übertragung der Hintergrundfrequenzen, und zwar streng genommen bis zur Frequenz Null, notwendig ,d. h. es muss auch ein un veränderlicher .,Helligkeitspegel" richtig übertragen werden.
Neben der Verwendung von Gleichstrom verstärkern in den Modulationseinrichtungen bedingt die Übertragung derartig langsam verlaufender Modulationsänderungen unter Umständen eine Benachteiligung der Modu- lationsfrequenzen höherer Ordnung; denn wenn eine gewisse Zeit lang ein sehr dunkles Bild übertragen wird, so müsste der modu lierte Hochfrequenzträger auf eine geringe Amplitude abgedrosselt werden, und es be stünde die Gefahr, dass die Modulation ent sprechend den höheren Frequenzen, welche die Einzelheiten des Bildes überträgt, am Empfänger nicht mehr richtig durchkommt.
Zur Behebung dieser Übertragungsschwie rigkeiten wird entsprechend der Erfindung das zu übertragende Sehfrequenzband in zwei Teile eingeteilt, von welchen der tiefere Teil die sogenannten Hintergrundfrequenzen enthält. Während nun der höhere Teil direkt zur Modulation der ausgestrahlten Träger- welle dient, wird der tiefere Teil mit Hilfe einer Zwischenträgerfrequenz übertragen, -elche mit den tieferen Sehfrequenzen mo duliert wird und ihrerseits zur Modulation der ausgestrahlten Trägerwelle dient. Es wird also von einer Art Doppelmodulation Ge brauch gemacht.
Um bei einer möglichst ge ringfügigen Ausdehnung der gesamten bean spruchten Frequenzbandbreite auszukommen und keine Benachteiligung irgendwelcher Teile des höheren Modulationsbandes in Kauf zu nehmen, wird erfindungsgemäss die Zwi- schenträgerfrequenz oberhalb der höchsten zu fibertragenden Sehfrequenzen gewählt.
Damit auf Grund der empfangenen mo dulierten Trägerwelle eine Selbst-Synchroni- sation" möglich ist, wird vorteilhafterweise eine zusätzliche Impulsmodulation der Träger welle verwendet; eine Impulsspitze, die syn chron mit der Zeilenfrequenz eintritt, modu liert den Träger bei der Beendigung jeder gespurten Zeile, und eine ähnliche Impuls spitze moduliert die Trägerwelle bei der Be endigung jedes einzelnen Bildes. Mit Hilfe der am Empfänger aus den Impulsen ent wickelten synchronen Spannungen kann die Bildzusammensetzung gesteuert werden.
Zur Übertragung der Tonbegleitung des Bildes kann eine zweite Zwischenträger- frequenz verwendet werden, welche höher ist als die erste, zur Übertragung der Hinter grundfrequenzen dienende Zwischenträger frequenz; diese wird mit den Tonschwingun gen moduliert und sodann als Modulations- frequenz der auszustrahlenden Trägerfre quenz aufgedrückt. Die nachfolgende Be schreibung der Erfindung anhand der Zeich nungen wird die technische Ausführung in ihren Einzelheiten anhand eines Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung klar erkennen lassen.
Fig. 1 zeigt dieses Ausführungsbeispiel für die Erzeugung der Trägerwelle und ihre Ausstrahlung durch die Antenne; es enthält als wesentliche Einheiten den Hochfrequenz generator 4, den Frequenzwandler und Ver stärker 5, den Verstärker 6, den i1lodulator 7, den Verstärker 8, die Übertragungsleitung 9 und das Antennensystem 10.
Die Modula- tionsschaltung, durch welche die einzelnen Komponenten der Modulationsbänder ent wickelt werden, enthält die Kamera 1, den Sehfrequenzverstärker 2, den Impulsverstär ker 11, den Zeilenimpulsgenerator 12 und den Verstärker 13 für die Zeilenimpulsmodu- lation, den Impulsverstärker 14, den Bild impulsgenerator 15 und den Verstärker 16 für die Bildimpulsmodulation;
ferner enthält sie den Hintergrundfreqüenzverstärker 18, den Zwischenfrequenzgenerator 17, den Mo dulator 19 und den Zwischenfrequenzver- stärker 20 für die hintergrundmodulierte Zwischenfrequenz, den Niederfrequenzver- stärker 22, den Zwischenfrequenzgenerator 21, den Modulator 23 und den Zwischen frequenzverstärker 24 für die Tonbegleitung und endlich den Modulationsfrequenzver- stärker 3.
In Fig. 2 ist ein Frequenzspektrum ge zeigt, in welchem die Hintergrundfrequenzen in einer Ausdehnung von 0 bis 24 Hz und die Sehfrequenzen in einer Ausdehnung von 24 bis 800000 Hz aufgetragen sind.
Die harmonische Zusammensetzung einer Welle von Impulsform ist bereits mathematisch be rechnet worden; es sei hier lediglich fest gestellt, da ss eine Impulswelle durch eine Fourierreihe aus ihrer Grundfrequenz und ihren Harmonischen dargestellt werden kann; die Reihe ist eine Cosinusreihe, und die auf einanderfolgenden Harmonischen nehmen (teilweise) umgekehrt wie ihre Ordnungs zahl ab.
Im allgemeinen genügt die Summie- rung der Grundfrequenz und der Harmoni schen bis zum zehnten Glied der Reihe, um die Impulswellenform genügend genau dar zustellen. In dem Frequenzspektrum der Fig. 2 ist die Grundfrequenz des Bildim pulses (24 Hz) dargestellt; die Harmonischen bis zu 240 Hz sind ebenfalls in diesem Spek trum vorhanden, jedoch nicht dargestellt.
Die Grundfrequenz des Zeilenfrequenzimpulses liegt bei 2880 Hz gleichfalls innerhalb des Sehfrequenzspektrums und ihre Harmoni schen aufwärts bis zu 28 800 sind ebenfalls vorhanden, jedoch nicht dargestellt. Das Band von 24 bis<B>800</B> 000 Hz enthält also gleichzeitig die Sehfrequenzen und Synchro- nisationsimpulse.
Um das Spektrum zu vervollständigen, ist ein Zwischenfrequenzträger hinzugefügt, welcher durch die Hintergrundfrequenzen moduliert wird; dies ergibt in Fig. 2 ein Band, das einen Zwischenfrequenzträger von 800050 Hz zusammen mit zwei Seitenbän dern von<B>800026</B> bis<B>800050</B> Hz und von 800 050 biss 800 074 Hz enthält.
Die gleichzeitige Übertragung der Ton- begleitung mit den Frequenzen von 50 bis 6000 Hz macht einen zusätzlichen Zwischen frequenzträger nötig, der durch den Ton mo duliert wird; dies ergibt in Fig. 2 einen Zwi- schenfrequenzträger von 807 000 Hz mit Sei tenbändern von 801000 bis 813 000 Hz.
Das Band der Modulationsfrequenzen für die auszustrahlende Trägerwelle dehnt sich dann von 24 bis 813 000 Hz aus. Die Schal tung kann natürlich auch so arbeiten, dass nur ein einziges Seitenband mit oder ohne einem Träger ausgestrahlt wird; dieser Ge danke lässt sich auch auf die Zwischen frequenzträger und Seitenbänder innerhalb des Modulationsspektrums anwenden. Beson ders vorteilhaft im Hinblick auf die grosse Modulationsbandbreite ist die Verwendung einer ausgestrahlten Trägerwelle von ultra hoher Frequenz, beispielsweise einer solchen aus dem Band von 40 bis 80 megaHz, so dass die Seitenbandbreite nur ein kleiner Teil der Trägerfrequenz ist.
In Fig. 1 wird zur Erzeugung der Träger welle die Ausgangsspannung eines kristall gesteuerten Generators 4 dem Frequenz- wandler und Verstärker 5 zugeführt. Die Ausgangsspannung von 5 besitzt die Fre quenz des auszustrahlenden Trägers und wird über den Verstärker 6 dem Modulator 7 zu geführt, an welchem auch die Ausgangsspan nung des Modulationsfrequenzverstärkers 3 angelegt ist.
Die Ausgangsschwingungen von 7, welche den Träger und die Seitenbänder enthalten, werden dem Verstärker 8 zuge führt, welcher den Träger und die Seiten- bänder linear verstärkt, so dass die modulierte Welle über die Übertragungsleitung 9 zur Antenne 10 gelangt, wo sie ausgestrahlt wird.
Zur Erzeugung der Modulationsfrequen- zen dient die Kamera 1; hier entstehen die Sehfrequenzen, die Steuerspannungen für die Zeilen- und Bildimpulsgeneratoren und die Hintergrundfrequenzen, sowie auch die Ton begleitung, wenn diese in die Übertragung miteingeschlossen sein soll.
Die Fernsehkamera 1 erzeugt die Seh- frequenzausgangsspannung für das Band von 24 bis<B>800000</B> Hz, die dem Verstärker 2 zu geführt wird; die Ausgangsspannung von 2 wird an den Eingang des Verstärkers 3 an gelegt. Die in 1 entstehende Hintergrund frequenzspannung wird dem Gleichstrom verstärker 18 zugeführt, von wo sie verstärkt auf den Eingang des Modulators 19 übertra gen wird. Ein Generator 17 erzeugt Schwin gungen der Zwischenfrequenz von 800 050 Hz und liefert eine Spannung dieser Frequenz zum Modulator 19, wo der Zwischenfrequenz träger mit den Hintergrundfrequenzen modu liert wird; die modulierte Zwischenfrequenz gelangt über einen Verstärker 20 zum Ein gang des Verstärkers 3.
In ähnlicher Weise werden die Ton frequenzen von der Kamera. 1 dem Verstärker 22 zugeführt, in ihm verstärkt und von da an den Modulator 23 angelegt. Der Genera tor 21 liefert den Zwischenfrequenzträger von <B>807</B> 000 Hz zu 23; die Ausgangsschwingun gen von 23, nämlich die modulierten Zwi- schenfrequenzschwingungen werden in 24 verstärkt und gelangen zum Eingang von 3.
Zur Erzeugung der Zeilensynchronisie- rungsimpulse dient der Impulsgenerator 12, dessen Leistung durch 13 verstärkt und an 3 angelegt wird. Wenn die Abtastung mecha nisch erfolgt, wird eine durch die Kamera 1 erzeugte Steuerspannung über den Verstärker 11 dem Impulsgenerator 12 zugeführt, um die durch 12 erzeugte Frequenz in Synchro nismus mit der Zeilenabtastung des Bildes zu halten. Dabei deuten die starken Linien und die zugehörigen Pfeile die Richtung der Energieübertragung innerhalb der Schaltung bis zum Verstärker 3 an.
Wenn jedoch die Abtastung elektrisch erfolgt, wird die Zeilen frequenz durch den Generator 12 bestimmt, und die punktierten Pfeile zeigen an, dass die Ausgangsspannung von 12 an 11 angelegt wird, von w o aus die elektrische Abtastung in der Kamera 1 gesteuert wird, so dass die an 3 angelegten Impulse und die Steuerfelder für die Abtastung in 1 in Synchronismus miteinander bleiben. ' In ähnlicher Weise wird für die Bild frequenz bei mechanischer Abtastung eine vom Abtastungsmechanismus in 1 erhaltene Spannung an 14 angelegt, welche die Im pulserzeugung in 15 synchron steuert.
Die Ausgangsenergie von 15 wird dem Eingang von 3 über den Verstärker 16 zugeführt. Wenn die Abtastung elektrisch ist, dann deu ten die punktierten Pfeile an, dass von der Einrichtung 15 über 14 Schwingungen ge eigneter Wellenform zur Abtastungssteue- rung zur Kamera 1 übertragen werden. Da bei bestimmt der Generator 15 die Bild frequenz und liefert die Abtastenergie zu 1 und die Impulsmodulation zu 3 in Synchro nismus.
Die Einheit 3 kann einen Verstärker für jeden der fünf gezeigten Kanäle enthalten, von .denen jeder einen besonderen Eingang hat und deren Ausgänge zusammengefasst sind.
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung erzeugt eine Trägerwelle, welche direkt mit den Seh frequenzen, Zeilen- und Bildsynchronisie- rungsimpulsen moduliert ist und auf dem Umweg über eine Zwischenmodulation auch die Hintergrundfrequenzen und gegebenen falls auch die Tonbegleitung zu übertragen gestattet.