Beschreibung
Der Bild-Ton-Wandler ist ein Gerät zur Übertragung und zum Empfangen von Bildern mittels hörbarer Töne. Der Aufbau besteht aus zwei (oder - nicht der Regelfall - mehreren) Geräten, die jeweils die Rolle des Senders oder des Empfängers einnehmen können. Zu Beginn wird ein Gerät ausgewählt, das zuerst senden darf. Alle anderen Geräten empfangen. 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 Codierungsalgorithmus, mit dem die Daten übertragen werden, kann nicht störungsfrei kommuniziert werden. Zwischen Sender und Empfänger wird die Nachricht durch äußere Faktoren, z.B. Raum und Umgebungsgeräusche, beeinflusst und verändert.
Funktionsweise
Das Bild
Digitale Bilder bestehen aus einer Reihe von einzelnen Pixeln (fig.1). Alle einzelnen Pixel lassen sich in ihre Primärfarben zerlegen. Für Computer sind das die Farben Rot, Grün und Blauviolett. Aus diesen drei Farben mischt der Computer additiv alle anderen Farben. Nimmt man das erste Pixel aus fig.1 und zerlegt es in seine Bestandteile, entsteht das Diagramm fig.2.
Die Farbe dieses Pixels besteht also aus einem Rotwert von 140, einem Grünwert von 198 und einem Blauwert von 63. Die Werte der Farben gehen in den meisten Computeranwendungen von 0 (kein Anteil dieser Farbe) bis 255 (maximaler Anteil dieser Farbe). Somit hat man für jede der drei Grundfarben 256 Möglichkeiten der Abstufung (siehe dazu auch Farbe).
Diese drei Werte bilden die Grundlage der Übertragungsmethode des Bild-Ton-Wandlers. Jedes Pixel, das übertragen werden soll, wird zuerst in seine drei Grundfarben zerlegt. Die Werte dieser Grundfarben werden dann der Reihe nach bei rot beginnend übertragen. In unserem Beispiel wäre das die Sequenz 140-198-63. Sind diese drei Werte übertragen, wird zum nächsten Pixel gegangen. Die Reihenfolge der einzelnen Pixel ist zeilenweise jeweils von links beginnend. Die Reihenfolge der Pixel aus Beispiel fig.1 ist in fig.3 dargestellt.
Die Bildübertragung
Der Bild-Ton-Wandler überträgt Daten durch Töne. Dazu macht er sich das Prinzip des Mehrfrequenzwahlverfahrens zunutze, besser bekannt als 'Tonwahl'. Mit Hilfe der Tonwahl werden Eingaben am Telefon über das Telefonkabel übermittelt. Wählt man eine Telefonnummer, rechnet das Telefon diese in eine Tonsequenz um und überträgt sie. Zu hören ist dies bei alten und oftmals auch bei modernen Telefonen während des Wählvorgangs.
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 Hilfe des Goertzel-Algorithmus eine Frequenzanalyse des Tons durchgeführt. Das ermittelte Frequenzpaar kann durch die Tabelle immer eindeutig einem Symbol zugeordnet werden.
Im obigen Beispiel können mit insgesamt 8 Frequenzen 16 unterschiedliche Symbole übertragen werden. Für einen Pixelwertebereich von 0—255 benötigt man daher 32 verschiedene Frequenzen (16 * 16 = 256). Die Töne haben eine bestimmte Dauer um eindeutig erkannt zu werden. Im Falle der Tonwahl muss jeder Ton zwischen 50 und 100ms lang sein.
Für das Tonwahlverfahren wurden die Frequenzen so gewählt, dass ihre Überlagerungen möglichst dissonant klingen. Man kann so ausschliessen, dass diese Frequenzkombinationen in der Nähe eines Telefons vorkommen. Im Falle des Bild-Ton-Wandlers können diese Frequenzen aber frei gewählt, und damit ein Tonsystem mit eigenen Harmonien geschaffen werden.