Einführung
Der Bild-Ton-Wandler wandelt Bilder in Töne um, und genauso Töne wieder in Bilder. Er basiert auf einer einfachen Sender-Empfänger Kommunikation. Hat der Sender sein Bild vollständig übermittelt, wechseln Sender und Empfänger die Rollen. So entsteht ein kontinuierlicher Dialog zwischen zwei Partnern.
Aufgrund der niedrigen Frequenzen und des einfachen Codierungsalgorythmus mit dem die Daten übertragen werden, kann nicht störungsfrei kommuniziert werden. Zwischen Sender und Empfänger wird die Nachricht durch äussere Einflüsse, z.B. Umgebungsgeräusche und Güte der Lautsprecher und des Mikrophons, beeinflusst und verändert.
Funktionsweise
Die Übertragung der Bilder basiert auf einer Frequenzmodulierten Sinusschwingung. Die Farbwerte der einzelnen Pixel werden in ihrem Wertebereich von 0 bis 255 in Sinuschwingungen mit Frequenzen von 300Hz bis 1575Hz umgewandelt. Im Empfänger wird der mit einem Mikrophon aufgenommene Ton wieder in seine Farbwerte umgerechnet. Die Farben werden dabei von oben nach unten Zeilenweise von links nach rechts sequentiell übertragen, d.h. R-G-B-R-G-B... Zusätzlich gibt es ein Kontrollsignal der Frequenz 200Hz, dass Beginn und Ende der Übertragung kennzeichnet. Die Verteilung der Werte auf das Frequenzband erfolgt linear, d.h alle 5 Hz ist ein neuer Werteschritt.
Frequenzerkennung
Bei der Frequenzerkennung wird von einem Signal aus regelmäßigen Sinoiden ausgegangen, daher ist es Möglich die Frequenz des Tonsignals relativ einfach durch Nullstellen und jeweils positiven und negativen Schwingungsteil zu berechnen. Implementiert ist bisher nur die Erkennung durch Minima und Maxima.
Weiterentwicklung
Die Weiterentwicklung wird nicht mehr auf einer auf einem Frequenzband eindimensional projezierten Wertebereichs basieren, sondern orientiert sich am Mehrfrequenzwahlverfahren, auch bekannt als Tonwahl. Die Tonwahl basiert auf der Überlagerung zweier Sinustöne unterschiedlicher Frequenz. Für die Standardtastenbelegung eines Telefons wurde folgendes Schema festgelegt.
| 1209 Hz | 1336 Hz | 1477 Hz | 1633 Hz | |
|---|---|---|---|---|
| 697 Hz | 1 | 2 | 3 | A |
| 770 Hz | 4 | 5 | 6 | B |
| 852 Hz | 7 | 8 | 9 | C |
| 941 Hz | * | 0 | # | D |
Will man zum Beispiel die Taste 1 übertragen, so überlagert man einen Sinuston der Frequenz 1209Hz mit einem Sinuston der Frequenz 697Hz. Im Empfänger wird mit dem Goertzel Aglorithmus eine Frequenzanalyse durchgeführt. Das ermittelte Frequenzpaar kann mir der Tabelle immer eindeutig einem Symbol zugeordnet werden.
Im obigen Beispiel können mit insgesamt 8 Frequenzen 16 unterschiedliche Symbole bertragen werden. Für einen Pixelwertebereich von 0—255 benötigt man daher 32 verschiedene Frequenzen (16 * 16 = 256). Im Falle des Tonwahlverfahrens wurden die Freuqenzen so gewählt, dass ihre Überlagerung möglichst dissonant klingt. So kann man ausschliessen, dass diese Frequenzkombinationen in der Nähe eines Telefons vorkommen. Im Fall des Bild-Ton-Wandlers können diese Frequenzen aber frei gewählt und damit ein Tonsystem mit eigenen Harmonien geschaffen werden.