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Anordnung zur Bildzerlegung und -übertragung mittels Kathodenstrahlröhren
Es ist in der Fernsehtechnik heute üblich, eine zeilenweise Zerlegung der Bilder
in der Weise durchzuführen, daß die Zeilen im wesentlichen parallel zu dem einen
Bildrand liegen. Bei der Verwendung von Kathodenstrahlröhren zur Bildzerlegung und
Bildzusammensetzung werden dabei Kippschwingungen verwendet, von denen die eine
mit hoher Fequenz als Zeilenkippschwingung und die andere mit niedriger Frequenz
als Bildkippschwingung bezeichnet wird. Während die Bildkippschwingung in der Regel
25 Sägezähne je Sekunde aufweist, variiert die Frequenz der Zeilenkippschwingung
je nach der geforderten Zeilenzahl. Sie beträgt z. B. bei 441 zeiligen Bildern und
25 Bildwechseln je Sekunde r r 025 Sägezähne je Sekunde.
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Während die Erzeugung der Sägezahnschwingung hoher Frequenz in der
Regel keine besonderen Schwierigkeiten bereitet und auch ihre Synchronisierung durch
Impulse der gleichen Wiederholungsfrequenz leicht durchführbar ist, liegen die Verhältnisse
bei der tiefen Frequenz anders. Besonders wenn mit einer Zeilenzug- oder Bildwechselfrequenz
gearbeitet wird, die unter dem beim zweifachen Zeilensprung heute üblichen Wert
von 5o Wechseln je Sekunde liegt, also beispielsweise mit 15 Sägezähnen je Sekunde
oder gar nur mit einer oder
einem Bruchteil von einer Sägezahnschwingung
je Sekunde, wie es bei der Bildübertragung oder bei Rastergeräten für Spezialzwecke
häufig gefordert wird, ist es sehr schwierig, die niedrige Sägezahnfrequenz mit
einfachen Schaltmitteln zu erzeugen und zu synchronisieren.
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Es gehört seit langem zum Stand der Technik, claß man durch zwei sinusförmig
verlaufende schwingende Bewegungen in zwei zueinander senkrechten Richtungen,' deren
Frequenzen durcheinander nicht teilbar sind, eine Bildfläche mit verhältnismäßig
gleichmäßigen Zeilenabständen abtasten kann. Es ergeben sich dabei einander kreuzende
Zeilen, die aber infolge der sinusförmigverlaufenden Ablenkschwingungen keinen geradlinigen,
sondern einen krummlinigen Verlauf aufweisen. Auch ergibt sich dabei eine Zusammendrängung
der Zeilen am Bildrand, während in der Mitte des Bildes, also gerade im interessierenden
Teil, der Zeilenabstand am größten ist.
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Gemäß der Erfindung werden zwei Ablenkvorrichtungen mit zueinander
senkrechten Achsen zwei Sägezahnschwingungen zugeführt, deren Frequenzen sich nur
um einen so kleinen Betrag unterscheiden, daß ein Raster von schräg zu den Bildkanten
verlaufenden, im wesentlichen geradlinigen Zeilen untereinander gleichen Abstandes
erzeugt wird. Dieser Unterschied entspricht dann der Bildwechselfrequenz. Die beiden
Kippschwingungen liegen also beide in der gleichen Größenordnung. Der zum Bildfeld
schräg liegende Zeilenverlauf stört den Bildeindruck kaum, da erfahrungsgemäß bei
höherzeiligen Bildern bei Einhaltung des günstigsten Betrachtungsabstandes die Zeilenstruktur
kaum sichtbar ist. Die beiden Ablenksysteme und Kippgeräte können konstruktiv sehr
ähnlich oder sogar gleich ausgeführt werden, da die beiden Arbeitsfrequenzen der
Kippgeräte verhältnismäßig eng benachbart sind, und es fallen die Schwierigkeiten
fort, die mit der Erzeugung und Synchronisierung einer Kippschwingung niedriger
Frequenz gewöhnlich verbunden sind.
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Ein weiterer Vorteil ist die verschiedene Länge und Dauer der Zeilen
und die Tatsache, daß ganz verschiedene Stellen der Bildfläche nacheinander zur
Abtastung kommen. Dies hat zur Folge, daß tiefe Frequenzen in den Bildinhaltssignalen
nicht auftreten. Tastet man z. B. ein Bild mit waagerechten parallelen Zeilen ab,
dessen Inhalt sich aus einer oberen hellen Fläche und einer unteren dunklen Fläche
zusammensetzt, so ergeben sich bei 400zeiliger Abtastung Zoo helle Zeilen und dann
Zoo dunkle Zeilen. Bei 5o Bildwechseln je Sekunde ergibt sich eine Grundfrequenz
von 5o Hz, d. h. einer vollen Schwingungsperiode je Bild, die zur getreuen Wiedergabe
verstärkt und .mit übertragen werden muß. Dies ist aber erfahrungsgemäß außerordentlich
schwierig, so daß besondere Verfahrensschritte zur Wiedergabe der tiefen Frequenzkomponenten
notwendig sind. Bei einer Abtastung mit schrägen Zeilen dagegen kehrt in jeder Zeile
bzw. jedem Zeilenbruchstück der helle und der dunkle Wert wieder, so daß die tiefste
Frequenz etwa gleich der Zeilenfrequenz wird. Es ist auch kein Bildinhalt ohne weiteres
denkbar, der eine tiefere Frequenz ergeben würde. Es wäre dazu nämlich notwendig,
daß der Bildinhalt aus einem parallel zu der Zeilenrichtung verlaufenden Raster
von schwarzen und weißen Zeilen besteht. Dieser Bildinhalt wird aber in der Natur
nie vorkommen, während die Aufteilung in eine helle und eine dunkle Hälfte bei jedem
Landschaftsbild zu beobachten ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich ferner mit der geeigneten
Wahl der Frequenzen für die beiden Sägezahnschwingungen. Wählt man die l7 requenzen
so, claß sich die Zahl der Sägezahnschwingungen je Bildwechsel um r unterscheidet,
so erhält man eine Abtastung, .die stetig über die Bildfläche fortschreitet, die
aber insofern einer springenden Zeilenfolge ähnelt, als eine in der unteren Ecke
begonnene Zeile in der diagonal gegenüberliegenden Ecke weiter fortgesetzt wird.
Während es bei der normalen Abtastung zur Erzeugung eines Zeilensprunges genügt,
wenn man die Zeilenzahl ungerade wählt, bekommt man bei der vorliegenden Anordnung
noch keinen Zeilensprung, wenn man der einen Zeilenfrequenz einen ungeraden Wert
gibt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zur Erzeugung von ineinandergreifenden
Zeilenzügen (Zeilensprungraster) die Frequenz der Sägezahnschwingungen derart bemessen,
daß sich die beiden Frequenzen je Bildwechsel um den Zeilensprungfaktor voneinander
unterscheiden und beide durch diesen Faktor nicht teilbar sind. Erst hierdurch erhält
man ein Abtastschema, bei dem man von mehreren Zeilenzügen sprechen kann, die aber
jeder für sich insofern wieder ein Sprungschema aufweisen, als jede in der einen
Bildecke begonnene Zeile in der diametral gegenüberliegenden Bildecke zu Ende geschrieben
wird. Es handelt sich also um eine Kombination eines an sich springenden Abtastschemas
mit einem weiteren Zeilensprung.
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Da die beiden Ablenksysteme für sehr ähnliche Frequenzen gebaut sind,
ist es möglich, sie nach einer oder mehreren Abtastungen zu vertauschen, so daß
bei gleichbleibender Zeilenrichtung der Zeilenvorschub sich umkehrt und auf einen
abwärts steigenden Zeilensprung ein aufwärts steigender Zeilensprung folgt. Hierbei
läßt sich das Zwischenzeilenflimmern, sofern es bei niedrigen Zeilenzahlen überhaupt
stört, weitgehend verringern. Bei höheren Zeilenzahlen wird es sowieso nicht störend
in Erscheinung treten.
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Im nachstehenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Fig. i zeigt die Sägezahnschwingungen, die zur Erzeugung eines quadratischen
Bildfeldes gleiche Amplitude haben mögen. Die beiden Sägezahnschwingungen unterscheiden
sich in ihrer Frequenz um einen Sägezahn je Bildwechsel, d. h. der eine Sägezahn
hat beispielsweise eine Frequenz von io ooo und der andere eine solche von io 05o
Hz. In der Zeichnung ist nur eine kleine Anzahl von Sägezahnschwingungen dargestellt,
und zwar bei a fünf Sägezähne je Bild, die untere Sägezahnschwingung b weist sechs
Sägez:ihne je Bild auf. Das sich ergebende Raster hat dann die in Fig. 2
dargestellte
Form. Die Zeilen c liegen schräg annähernd in Diagonalrichtung, während die Rückläufe
d parallel zu den Bildkanten liegen. Während des Rücklaufs wird der Kathodenstrahl
in der üblichen Weise unterdrückt, so daß diese Rückläufe im Bild nicht sichtbar
sind.
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Bei der Übertragung folgen die Synchronisierimpulse nicht in periodisch
wiederkehrenden Abständen, sondern in periodisch veränderlichen Abständen aufeinander.
Ein typischer Verlauf der Bildsignale ist in Fig. 3 angedeutet. Die Synchronisierimpulse
werden auf der Empfangsseite voneinander derart getrennt werden, daß die eine Impuls-"nippe
a, deren Frequenz dein oberen Sägezahn in Vig. i entspricht, <las eine Kippger;it
und die andere Impulsgruppe t, deren Frequenz dem unteren Sägezahn b entspricht,
das andere Kippgerät synchronisiert.
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Zur Impulserzeugung und Rücklaufunterdrückung werden zweckmäßig zwei
Impulsreihen miteinander gemischt, deren Frequenzen denen der Sägezahnschwingurigen
entsprechen.
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Bei der Anordnung läßt sich auch, falls erforderlich, eiil Zeilensprung
erreichen, indem entweder nach jedem zweiten Bildwechsel eine Parallelverschiebung
des gesaintecc kasters \orgelioniinen wird oder finit entsprechend gewählten Frequenzen
gearbeitet wird, so dal.i erst nach mehreren Zeilenzügen eine \Viederholung des
:\litastschemas eintritt.
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I# ig. 4 zeigt eine quadratische Bildfläche, die durch zwei Sägezahnschwingungen
abgetastet wird. Dein einen Ablenksystem einer Kathodenstrahlröhre wird eine Sägezahnschwingung
Z, mit sieben Sägez:ilinell je l@ildweclisel und dem anderen Ablenksysteni eine
Sägezahnschwingung Z2 mit neun Sägezähnen je Bildwechsel zugeführt. Bei zehn Bildwechseln
in der Sekunde würden sich also Ablenkfrequenzen mit 70 und go Perioden je
Sekunde ergeben. Die Differenz der beiden Sägezahnschwingungen beträgt zwei Perioden
je Sekunde, und es ist die Bedingung erfüllt, daß weder die Zahl 7 noch g durch
2 teilbar ist, d. h. mit anderen Worten, zur Erzeugung eines zweifachen Zeilensprunges
müssen die \Verte Zt und Z2 ungerade gewählt werden. In der Fig..I ist der Anfang
der ersten Zeile in der linken unteren Ecke mit der Ziffer i bezeichnet. Die Zeile
i wird dann oben links bei der Ziffer i zu Ende geschrieben. Es folgt darin die
Zeile 2 bei der Ziffer 2 an der unteren Bildkante, die ebenfalls an der rechten,
an der linken und an der oberen Bildkante finit der Ziffer 2 bezeichnet ist, darauf
folgt die Zeile 3, und man sieht, daß zwischen diesen Zeilen jeweils eine Lücke
verbleibt, in die die gestrichelt gezeichneten Zeilen 5, 6 und 7 im Verlauf der
weiteren Abtastung hineinpassen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.5 sind die Frequenzen Z, und
Z2 derart gewählt, daß Z, 15 Sägezähne je Bildwechsel und Z2 ig Sägezähne je Bildwechsel
aufweist. Beide Zahlen sind durch die Differenz .I nicht teilbar. .I ist der Zeilensprungfaktor,
d. h. z-,vischen den Zeilen i und 2, die wieder an der unteren Bildkante beginnen,
liegen drei weitere Zeilen 5, 9 und 13 bei einer Gesamtzeilenzahl
von 15 je Bildwechsel. Die Beispiele sind für niedrige Zeilenzahlen ausgeführt,
um ein übersichtliches Bild zu erhalten. In der Praxis wird man höhere Zeilenzahlen
wählen, die aber denselben Bedingungen genügen. Zum Beispiel kann man Zt = 223 und
Z2 = 225 wählen, wobei sich ein zweifacher Zeilensprung ergibt. Bei zehn Bildwechseln
je Sekunde ergibt sich eine Frequenz für das eine Kippgerät von 2230 und
für das andere Kippgerät von 2250 Schwingungen je Sekunde. Dies sind gleichzeitig
die tiefsten Frequenzen, die im Bildinhalt auftreten können, so daß die Verstärker
und Übertragungskanäle für den Bildinhalt entsprechend diesen Frequenzen bemessen
werden können. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Bildwechselzahl extrem niedrig
angenommen wurde und es bei Beibehaltung der bisher üblichen Abtastform notwendig
wäre, eine Frequenz von io Hz noch mit zu übertragen, was bekanntlich außerordentlich
schwierig ist.
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Die Abtastung kann dadurch weiter abgewandelt werden, daß nach einem
oder mehreren Zeilenzügen eine Parallelverschiebung des ganzen Rasters durch eine
zusätzliche, während eines Zeilenzuges konstante Ablenkung erfolgt, wie dies aus
der normalen Technik des Zeilensprunges bekannt ist.
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Die Anordnung kann außerdem mit Vorteil beim Farbfernsehen angewendet
werden, bei dem ein mehrfacher Zeilensprung zur Mischung der Farben erforderlich
ist.
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Schließlich sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht nur auf
die in den Beispielen dargestellten Sägezahnschwingungen mit schrägem Anstieg und
praktisch senkrechtem Abstieg beschränkt sein soll, da sich auch bei Benutzung von
symmetrisch verlaufenden Sägezahnschwingungen mit gleicher Steilheit der ansteigenden
und abfallenden Flanken entsprechende Verhältnisse mit gekreuzten Zeilen ergeben.