DE969818C - Method for transmission or recording of a signal comprising a specific frequency band using signals with a smaller frequency range - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung und Aufzeichnung von Signalen, die ein breites Frequenzband umfassen und bei dem das Signal in mehrere Signale kleineren Frequenzumfanges zerlegt wird, die ihrerseits unabhängig voneinander übertragen oder aufgezeichnet werden, um am Ende der Übertragungskette wieder zu dem ursprünglichen Signal zusammengesetzt zu werden.The invention relates to a method for the transmission and recording of signals, which cover a wide frequency band and in which the signal is divided into several signals with a smaller frequency range which are in turn transmitted or recorded independently of one another, to be reassembled into the original signal at the end of the transmission chain.

Bei derartigen Verfahren ist es bekannt, für die Zerlegung des zu übertragenden Signals Filter zu verwenden, deren Zahl und Durchlaßbereiche gegebenenfalls unter Benutzung von Frequenzumsetzern so gewählt werden, daß sich die gewünschte Zahl von Signalen entsprechend kleineren Frequenzumfanges ergibt.In such methods, it is known to use filters for the decomposition of the signal to be transmitted use their number and passbands, if necessary using frequency converters be chosen so that the desired number of signals correspondingly smaller frequency range results.

Diese Verfahren benötigen zu ihrer Durchführung einen beträchtlichen technischen Aufwand vor allem für die Filter, an die vor allem bei Fernsehsignalen wegen der zu fordernden Amplituden- und Phasentreue äußerst hohe Ansprüche zu stellen sind.These methods require considerable technical effort to carry out especially for the filters, which are particularly important for television signals because of the required amplitude and phase accuracy, extremely high demands are to be made.

Für die Aufzeichnung von Fernsehsignalen auf Magnetogrammträger ist bereits ein Verfahren bekannt, bei welchem das Bildsignal mit Hilfe einer Elektronenstrahl-Schaltröhre zerlegt und mehreren Magnetköpfen nacheinander zugeführt wird und die Aufzeichnung in mehreren parallelen Spuren erfolgt. Es wird dabei also an Stelle der bei Tonaufzeichnung bekannten einen Spur auf den Magnetogrammträger eine Mehrzahl von Spuren auf-A method is already known for recording television signals on magnetogram carriers, in which the image signal is broken down with the help of an electron beam interrupter and several Magnetic heads are fed in succession and the recording takes place in several parallel tracks. In this case, instead of the one known from sound recording, a track is recorded on the magnetogram carrier a plurality of tracks on

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gezeichnet. Allerdings tritt dabei innerhalb der einzelnen Spuren keine Verkleinerung des Fre¹-quenzumfangee ein. Dieses bekannte Verfahren ist daher nicht geeignet, eine Übertragung oder Aufzeichnung in mehreren Kanälen mit kleinerem Fxequenzumfang durchzuführen.drawn. However, this occurs within the individual tracks no reduction of Fre ¹ -quenzumfangee a. This known method is therefore not suitable for carrying out transmission or recording in a plurality of channels with a smaller frequency range.

Weiterhin ist bekannt, daß ein vorliegendes Signal mit Hilfe von Impulsen abgetastet, d. h. in eine Impulsreihe verwandelt werden kann, wobei die Höhe - ίο der Impulse jeweils der Amplitude des ursprünglichen Signals während der Impulsdauer entspricht. Eine solche Impulsreihe gibt den Nachrichteninhalt des ursprünglichen Signals vollkommen wieder, solange die Impulsfrequenz größer als der doppelte Wert der höchsten in ihm enthaltenen Frequenz ist (Abtasttheorem). It is also known that an existing signal is sampled with the aid of pulses, i. H. in a Pulse series can be transformed, with the height - ίο of the pulses in each case the amplitude of the original Corresponds to the signal during the pulse duration. Such a series of impulses gives the message content of the original signal completely again as long as the pulse frequency is greater than twice the value of the the highest frequency contained in it (sampling theorem).

Die Erfindung macht sich dieses Gesetz zunutze. Sie vermeidet die Nachteile der eingangs erwähnten Verfahren dadurch, daß aus dem zu übertragenden oder aufzuzeichnenden Signal mit Hilfe von η PulsfolgenThe invention makes use of this law. It avoids the disadvantages of the method mentioned at the beginning in that from the signal to be transmitted or recorded with the aid of η pulse trains

mit dem Tastverhältnis 5 — und einer Pulsfolgefrequenz von — der höchsten in dem zu zerlegenden Signal enthaltenen Frequenz sowie einer Phasenverschiebung der Pulse der η Pulsreihen untereinander um je fürwith a pulse duty factor of 5 - and a pulse repetition frequency of - the highest frequency contained in the signal to be broken down as well as a phase shift of the pulses of the η pulse series among one another by for

jede Pulsreihe getrennt die Momentanwerte des ursprünglichen Signals während eines Pulses herausgetastet und aus den entstandenen η amplitudenmodulierten Pulsreihen η Zwischensignale mit kleinerem Frequenzumfang abgeleitet werden, aus denen dann durch Heraustastung der Momentanwerte zu geeigneten Zeitpunkten η Impulsreihen gewonnen werden, aus deren Summe das ursprüngliche Signal wieder hervorgeht.Each pulse series separately the instantaneous values of the original signal during a pulse are sampled and from the resulting η amplitude-modulated pulse series η intermediate signals with a smaller frequency range are derived, from which η pulse series are then obtained by sampling out the instantaneous values at suitable times, from the sum of which the original signal emerges again .

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der Erkenntnis aus, daß eine stetige Signalfunktion exakt durch eine Pulsfolge dargestellt werden kann, deren mindestens erforderliche Pulsfolgefrequenz durch die höchste im Signal enthaltene Frequenz bestimmt ist und bei der die Amplitude der einzelnen Pulse jeweils dem Momentanwert der Signalfunktion entspricht.The method according to the invention is based on the knowledge that a continuous signal function is exactly can be represented by a pulse train, the minimum required pulse train frequency by the The highest frequency contained in the signal is determined and at which the amplitude of the individual pulses in each case corresponds to the instantaneous value of the signal function.

Dementsprechend wird das zu übertragende Signal erfindungsgemäß durch Heraustasten von Momentanwerten zunächst in eine Folge von Impulsen zerlegt, die ihrerseits so in η Impulsreihen aufgespalten werden, wie dies in den Fig. 1 bis 5 dargestellt ist und weiter unten näher erläutert wird. Die so erhaltenen neuen Impulsreihen werden dann in stetige Zwischensignale verwandelt, wobei der Frequenzumfang jeder dieser so gewonnenen Zwischensignale wesentlich kleiner ist als der des ursprünglichen Signals. Sie können dann gleichzeitig auf einer entsprechenden Anzahl schmaler Übertragungskanäle oder auch nacheinander auf einem einzigen übertragen und/oder mittels einer Aufzeichnungs- oder Speichervorrichtung, z. B. einem Magnetband, aufgezeichnet und zu einem anderen Zeitpunkt von dort wieder abgenommen werden. Die Wiederherstellung des ursprünglichen Signals erfolgt durch erneutes Heraustasten der Momentanwerte des Zwischensignals zu den Zeitpunkten, die den der Zerlegung des Ursprungssignals entsprechen. Die so wiedergewonnenen n Impulsreihen werden dann derart ineinander verschachtelt, daß die erste Impulsreihe wieder entsteht, aus der dann das ursprüngliche, stetige Signal mittels eines Tiefpasses mit einer über der höchsten in dem zu übertragenden Signal enthaltenen Frequenz hegenden Grenzfrequenz wiedergewonnen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber den bekannten den Vorzug, keine hochwertigen, einen großen technischen Aufwand erfordernde Bandpässe, sondern nur relativ einfache Tiefpässe zu benötigen. Damit das für das verzerrungsfreie Arbeiten des beschriebenen Verfahrens notwendige zeitrichtige Heraustasten der Momentanwerte aus den Zwischensignalen am Ende der Übertragungskette erzwungen werden kann, ist es notwendig, die am Anfang benutzte Austastfrequenz z. B. als Subharmonische, zweckmäßig als 2 «-te Subharmonische, entweder in einem besonderen Kanal oder auch zusammen mit einem oder mehreren der η Zwischensignale zu übertragen. Diese Subharmonische kann dann zur Ableitung der zeitrichtigenZuordnung der Tastimpulse zumZwischensignal am Ende der Übertragungskette benutzt werden.Accordingly, according to the invention, the signal to be transmitted is first broken down into a sequence of pulses by sampling out instantaneous values, which in turn are split into η pulse series, as shown in FIGS. 1 to 5 and explained in more detail below. The new pulse series obtained in this way are then converted into continuous intermediate signals, the frequency range of each of these intermediate signals obtained in this way being significantly smaller than that of the original signal. You can then transmit simultaneously on a corresponding number of narrow transmission channels or one after the other on a single one and / or by means of a recording or storage device, e.g. B. a magnetic tape, recorded and removed from there at another time. The original signal is restored by re-sampling the instantaneous values of the intermediate signal at the times that correspond to those of the decomposition of the original signal. The n pulse series recovered in this way are then interleaved in such a way that the first pulse series is created again, from which the original, steady signal is then recovered by means of a low-pass filter with a cut-off frequency above the highest frequency contained in the signal to be transmitted. The method according to the invention has the advantage over the known method of not requiring any high-quality bandpass filters that require a great deal of technical effort, but rather only relatively simple low-pass filters. So that the correct timing of the sampling of the instantaneous values from the intermediate signals at the end of the transmission chain, which is necessary for the distortion-free operation of the described method, can be enforced. B. as subharmonics, expediently as 2nd subharmonics, either in a special channel or together with one or more of the η intermediate signals. These subharmonics can then be used to derive the timely assignment of the probe pulses to the intermediate signal at the end of the transmission chain.

Die Vorgänge bei den einzelnen Verfahrensschritten seien an Hand der Fig. 1 bis 6 nochmals erläutert. In Fig. ι sei das zu übertragende, stetige Signal die Kurve i, die eine Superposition der drei Sinuskurven 2, 3 und 4 darstellt. Dieses Signal 1 werde beispielsweise in η = vier Signale 5, 6, 7 und 8 zerlegt. Dies geschieht mittels der ImpulsreihenThe processes in the individual process steps are explained again with reference to FIGS. 1 to 6. In FIG. 1 the continuous signal to be transmitted is curve i, which represents a superposition of the three sinusoids 2, 3 and 4. This signal 1 is broken down into η = four signals 5, 6, 7 and 8, for example. This is done by means of the pulse series

/0'. Ji, /₂'- Jz, Jl usw.,/ 0 '. Ji, / ₂ '- Jz, Jl etc.,

Jo", Ji", J2", h", Jl' usw., Jo ", Ji", J2 ", h", Jl ' etc.,

J₀" usw. und J ₀ " etc. and

J₀"" usw. J ₀ "" etc.

Der zeitliche Abstand der Pulse in allen dieser vier Reihen betrage t (entsprechend dem Winkel 2 π), ιοο während die Amplitude der einzelnen Pulse jeweils dejtn Momentanwert des zu zerlegenden Signals, also der Kurve i, entspricht. Die Phasenverschiebung der PulseThe time interval between the pulses in all of these four rows is t (corresponding to the angle 2π), ιοο while the amplitude of the individual pulses corresponds to the instantaneous value of the signal to be broken down, i.e. curve i. The phase shift of the pulses

der vier Pulsreihen gegeneinander beträgt jeweils of the four pulse series against each other is

oder damit gleichbedeutend —. Läßt man die vieror synonymous with it -. If you leave the four

beschriebenen ImpulsreihenTiefpässe geeigneter Grenzfrequenz (etwa -Ϊ-) durchlaufen, so erhält man die inIf the pulse series described pass through low-pass filters with a suitable cut-off frequency (e.g. -Ϊ-), one obtains the in

den Fig. 2 bis 5 dargestellten Kurven 5, 6, 7 und 8 mit gegenüber dem Ursprungssignal verminderten Frequenzumfang, die jedoch den Nachrichteninhalt jeweils einer der vier Pulsreihen aufweisen. Sie können nun in an sich beliebiger Weise übertragen oder auch aufgezeichnet werden.· Die Wiedergewinnung des ursprünglichen Signals erfolgt in analoger Weise wie die Zerlegung. Tastet man nämlich zu den richtigen Zeitpunkten, das heißt z. B. für das Zwischensignal 5 zu den den Zeiten o,t,2t, 3t usw. entsprechenden Zeiten,Curves 5, 6, 7 and 8 shown in FIGS. 2 to 5 with a reduced frequency range compared to the original signal, but which each have the message content of one of the four pulse series. They can now be transmitted or recorded in any way you like. If you feel at the right times, that is z. B. for the intermediate signal 5 at the times o, t, 2t, 3t etc. corresponding to the times,

für das Zwischensignal 6 zu den den Zeiten —t,~t,—t for the intermediate signal 6 at the times —t, ~ t, —t

4 4 44 4 4

usw. entsprechenden Zeiten, wieder die Momentanwerte der Zwischensignale heraus, so erhält man offenbar die Pulsreihen /', /", /'", /"" zurück, aus deren Summe, wie in Fig. 6 dargestellt ist, das ursprünglicheetc. corresponding times, the instantaneous values of the intermediate signals are clearly obtained the pulse series / ', / ", /'", / "" returns, from the sum of which, as shown in FIG. 6, the original one

Signal mittels eines Tiefpasses in entsprechender Weise wiedergewonnen werden kann wie die Zwischensignale aus den einzelnen Impulsreihen. Der für notwendige zeitliche Zuordnung der Austastimpulse verlangte Synchronismus kann dabei durch Steuerung von einem an einer beliebigen Stelle der gesamten Übertragungskette liegenden Muttergenerator aus erfolgen. Signal can be recovered by means of a low-pass filter in the same way as the intermediate signals from the individual pulse series. The one required for the necessary temporal assignment of the blanking pulses Synchronism can take place through control from a mother generator located at any point in the entire transmission chain.

Da der Frequenzumfang der einzelnen Zwischensignale gegenüber dem Ursprungssignal im VerhältnisBecause the frequency range of the individual intermediate signals is in relation to the original signal

ίο der gewähltenAnzahl η der Zwischensignale vermindert wird, ist es möglich, z. B. ein Fernsehsignal in so viele Zwischensignale zu zerlegen, daß sie mit erträglichem technischem Aufwand auf Magnetband aufgezeichnet werden können. Damit entfällt der andernfalls notwendige große technische Aufwand, der vor allem durch die mit dem Frequenzumfang des aufzuzeichnenden Signals steigende Bandgeschwindigkeit und die vor allem durch den Aufzeichnungskopf hervorgerufene Phasenverzerrung bedingt ist.ίο the selected number η of the intermediate signals is reduced, it is possible, e.g. B. to split a television signal into so many intermediate signals that they can be recorded on magnetic tape with a tolerable technical effort. This eliminates the otherwise necessary great technical effort, which is primarily due to the tape speed increasing with the frequency range of the signal to be recorded and the phase distortion caused above all by the recording head.

Liegt eine Aufzeichnung z. B. eines Fernsehsignals in Form der beschriebenen Zwischensignale vor, so können dieselben auch einzeln wieder abgenommen, nacheinander auf einem schmalen, dem kleinen Frequenzumfang der Zwischensignale entsprechenden Übertragungskanal übertragen werden; dafür ist es jedoch erforderlich, daß der Bandantrieb mit dem Muttergenerator synchronisiert wird.If there is a recording e.g. B. a television signal in the form of the intermediate signals described, so they can also be removed individually, one after the other on a narrow, small frequency range the transmission channel corresponding to the intermediate signals are transmitted; that's what it is for however, it is necessary that the tape drive is synchronized with the mother generator.

DieDurchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei an Hand eines Blockschemas (Fig. 7) nochmals erläutert.The implementation of the method according to the invention is again based on a block diagram (FIG. 7) explained.

Das zu übertragende Signal 9 wird den Schalteinrichtungen ScH₁, Sch₂, ScA₃ und ScA₄ zugeführt.. Diese werden mittels der von dem Pulserzeuger PE abgegebenen Pulse nacheinander entsprechend der Dauer der Pulse geschlossen, wobei die richtigen Zeitpunkte für das Schließen der Schalteinrichtungen ScH₁.. .ScH₁ durch die Phasenschieber PA₁, PA₂ und PA₃ eingestellt werden. Der Pulserzeuger PE wird von einem Generator G gesteuert, dessen abgegebene Spannung sinusförmig sein kann und dessen Frequenz eine Subharmonische der gewünschten Pulsfolgefrequenz sein kann. Die Schalter ScA₁.. .ScA₄ geben dann jeder eine Pulsfolge ab, die mittels der Filter F₁, F₂, F₃ und P₄ in die Signale verminderten Frequenzumfanges verwandelt werden. Diese können dann z. B. mittels der Leitungen 10, 11, 12 und 13 übertragen werden. Diese Übertragung kann selbstverständlich auch trägerfrequent erfolgen. Das Verfahren wird vorteilhaft vereinfacht, wenn als Trägerfrequenz die Frequenz des Generators G oder eine daraus z. B. durch Frequenzvervielfachung gewonnene benutzt wird. In diesem Falle erübrigt sich ein besonderer Übertragungskanal für die Frequenz des Generators G an die Empfangsseite, die im anderen Falle über die Leitung 14 erfolgt.The signal 9 to be transmitted is fed to the switching devices ScH ₁ , Sch ₂ , ScA ₃ and ScA _4. These are closed by means of the pulses emitted by the pulse generator PE one after the other according to the duration of the pulses, with the correct times for closing the switching devices ScH ₁ .. .ScH _{1 can be set} by the phase shifters PA ₁ , PA ₂ and PA ₃ . The pulse generator PE is controlled by a generator G, the voltage output of which can be sinusoidal and the frequency of which can be a subharmonic of the desired pulse repetition frequency. The switches ScA ₁ .. .ScA ₄ then each emit a pulse train which is converted into the signals of reduced frequency range by means of the filters F ₁ , F ₂ , F ₃ and P _4. These can then z. B. by means of lines 10, 11, 12 and 13 are transmitted. This transmission can of course also take place at carrier frequency. The method is advantageously simplified if the carrier frequency is the frequency of the generator G or a z. B. obtained by frequency multiplication is used. In this case, there is no need for a special transmission channel for the frequency of the generator G to the receiving end, which in the other case takes place via the line 14.

Auf der Empfangsseite werden in zur Sendeseite analoger weise aus den ankommenden Signalen mittels der pulsgesteuerten Schalteinrichtungen ScA₁', ScA₂', ScA₃' und ScA₄' neue Pulsreihen abgeleitet. Die steuernden Pulse werden in einem Pulserzeuger PE' gewonnen, der seinerseits entweder über die Leitung 14 direkt oder von der Trägerfrequenz für die Signale verminderten Frequenzumfanges indirekt vomGeneratorG gesteuert wird. Die Phasenschieber PA₁', PA₂', PA₃' und PA₄' sorgen für die richtige zeitliche Zuordnung des steuernden Pulses an den Schalteinrichtungen ScA₁'... ScA₄'. Die von den Schalteinrichtungen abgegebenen Pulsreihen entsprechen dann denjenigen, die von den Schalteinrichtungen ScA₁... ScA₄ gebildet wurden. Diese Pulsreihen werden dem Filter F zugeführt, an dessen Ausgang das ursprüngliche Signal wieder entnommen werden kann.On the receiving side, analogous to the transmitting side, new pulse series are derived from the incoming signals by means of the pulse-controlled switching devices ScA ₁ ', ScA ₂ ', ScA ₃ 'and ScA _4'. The controlling pulses are obtained in a pulse generator PE ' , which in turn is controlled by the generator G either directly via the line 14 or indirectly from the carrier frequency for the signals of reduced frequency range. The phase shifters PA ₁ ', PA ₂ ', PA ₃ 'and PA ₄ ' ensure the correct timing of the controlling pulse at the switching devices ScA ₁ '... ScA ₄ '. The pulse series emitted by the switching devices then correspond to those formed by the switching devices ScA ₁ ... ScA ₄ . These pulse series are fed to the filter F , at the output of which the original signal can be taken again.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH:PATENT CLAIM: Verfahren zur Übertragung oder Aufzeichnung eines ein bestimmtes Frequenzband umfassenden Signals mittels η Signalen mit kleinerem Frequenzumfang, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem zu zerlegenden Signal mit Hilfe von η Pulsfolgen mitMethod for the transmission or recording of a signal comprising a certain frequency band by means of η signals with a smaller frequency range, characterized in that from the signal to be broken down with the aid of η pulse trains with demTastverhältnis^— und einer Pulsfolgefrequenzthe duty cycle ^ - and a pulse repetition rate von — der höchsten in dem zu zerlegenden Signalfrom - the highest in the signal to be decomposed enthaltenen Frequenz sowie einer Phasenverschiebung der Pulse der η Pulsreihen untereinander umcontained frequency as well as a phase shift of the pulses of the η pulse series to each other je für jede Pulsreihe getrennt die Momentanwerte des ursprünglichen Signals während eines Pulses herausgetastet und aus den entstandenen η amplitudenmodulierten Pulsreihen η Zwischensignale mit kleinerem Frequenzumfang abgeleitet werden, aus denen dann durch Heraustastung der Momentanwerte zu geeigneten Zeitpunkten η Pulsreihen gewonnen werden, aus deren Summe das ursprüngliche Signal wieder hervorgeht.The instantaneous values of the original signal during a pulse are sampled separately for each pulse series and η intermediate signals with a smaller frequency range are derived from the resulting η amplitude-modulated pulse series, from which η pulse series are then obtained by sampling out the instantaneous values at suitable points in time, from the sum of which the original signal emerges again. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 862313, 872544; USA.-Patentschrift Nr. 2 517 808;
Kupfmüller, »Die Systemtheorie der elektrischen Nachrichtenübertragung«, 1949, S. 301.Considered publications:
German Patent Nos. 862313, 872544; U.S. Patent No. 2,517,808;
Kupfmüller, "The system theory of electrical communications," 1949, p. 301. In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 950 560.Legacy Patents Considered:
German Patent No. 950 560. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 609550/311 T. (809 574/14 7.58)© 609550/311 T. (809 574/14 7.58)