DE3040059C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Signalaufbereitungsschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In einem Videoaufzeichnungs- und/oder Wiedergabegerät (VTR), nachstehend kurz Videogerät genannt, erfolgt die Aufzeichnung auf oder die Wiedergabe von einem magnetischen Aufzeichnungsmedium gewöhnlich unter Anwendung von Frequenzmodulation. Insbesondere bei niedrigen Laufgeschwindigkeiten des Magnetaufzeichnungs- und Wiedergabesystems und bei schmaler Aufzeichnungsspur und des darauf auszurichtenden Magnetwandlerkopfs ist eine Verbesserung des Nutz/Störverhältnisses durch Verarbeitung des frequenzmodulierten Videosignals mit großem Frequenzhub und starker Anhebung nötig.

Bei der Aufzeichnung oder Wiedergabe von derartigen Signalen mit großem Frequenzhub und starker Anhebung kommt es jedoch insbesondere bei der Wiedergabe von Bildern mit plötzlichem Wechsel des Leuchtdichtepegels (Luminanzsignalsprung) wie beim Wechsel von schwarz auf weiß in der Horizontalabtastrichtung eines Bildes auf dem Bildschirm zu einer "Signalinversion" (Phasensprung), wie in Fig. 1 der anliegenden Zeichnung dargestellt. An der Grenze 3 zwischen schwarz 1 und weiß 2 entstehen horizontal verlaufende schwarze Streifen 4.

Eine derartige Signalinversion hat folgende Gründe: Das in Fig. 2A dargestellte Videosignal für einen Bildsprung von schwarz auf weiß in der Horizontalabtastrichtung auf dem Bildschirm wird zur Erhöhung der Bildschärfe vor der Frequenzmodulation angehoben und hat dadurch einen in Fig. 2B dargestellten Überschwinger an der Stelle, wo der Schwarzpegel mit dem Weißpegel wechselt. Bei einem Videogerät mit niedriger Trägerfrequenz wird im aufgezeichneten Videosignal wegen der beim Überschwinger hochliegenden Frequenz dieser Pegel bedämpft. Ferner entsteht an der Überschwingstelle durch eine Einschwingverzerrung des Übertragungssystems oder durch Phasendrehung in einem Hochpaßfilter eine amplitudenmodulierte Komponente, die zu einer Nulldurchgangsverschiebung des reproduzierten frequenzmodulierten Signals führt, so daß die Höhen und Täler der Trägerwelle nicht die in Fig. 2C dargestellte Abtastlinie kreuzen. Dadurch entsteht bei der Formung des wiedergegebenen frequenzmodulierten Signals durch einen scharfen Begrenzer im Signalwiedergabebereich gemäß Fig. 2D ein Ausfall von Impulsen, der eine Demodulation mit hoher Wiedergabetreue verhindert und zur "Signalinversion" führt, d. h., selbst wenn der Schwarzpegel des schließlich wiedergegebenen Videosignals schon mit dem Weißpegel gewechselt hat, wird er noch als Schwarzpegel wiedergegeben (Fig. 2E).

Die Signalinversion kann durch Anhebung der hohen Frequenzkomponenten des Trägers vor der Amplitudenbegrenzung des wiedergegebenen frequenzmodulierten Signals verhindert werden. Durch Hochfrequenzanhebung wird der Trägerpegel in dem Überschwingerbereich des frequenzmodulierten Signals soweit angehoben, daß auch bei späterer Amplitudenbegrenzung kein Impulsausfall eintreten kann.

Leider ist bei einem mit FM und niedriger Trägerfrequenz arbeitenden Videogerät das Nutz/Störverhältnis der hochfrequenten Trägerkomponenten schlecht, und je mehr die hochfrequenten Komponenten angehoben werden, desto schlechter ist das Nutz/Störverhältnis des wiedergegebenen Videosignals nach der Demodulation. Hier ergibt sich ein Gegensatz, weil die Verhütung der Signalinversion zur Verschlechterung des Nutz/Störverhältnisses, und der Versuch einer Verbesserung des Nutz/Störverhältnisses zur Signalinversion führt.

Mit einer in Fig. 3 dargestellten älteren Schaltung (vgl. auch US-PS 39 27 420) für ein Magnetaufzeichnungs- und Wiedergabesystem ist eine bessere Qualität beim demodulierten Ausgangssignal erzielbar. Diese Schaltung führt unter Vermeidung einer Signalinversion zu einem verbesserten Nutz/Störverhältnis.

Bei dieser Schaltung wird in den Signaleingang 10 eines Frequenzmodulators 11 mit Voranhebungsschaltung ein Videosignal Y_in mit einer Frequenzverteilung gemäß Fig. 4A eingespeist und darin in ein frequenzmoduliertes Signal Y-FM mit einem oberen und einem unteren Seitenband gemäß Fig. 4B umgewandelt, welches über einen Aufzeichnungsmagnetkopf 12 auf einem Magnetband 13 aufgezeichnet wird. Das Eingangs- Videosignal Y_in am Eingang 10 hat die in Fig. 2A dargestellte Form. Nach Abtastung des frequenzmodulierten Signals Y-FM von dem Magnetband 13 durch einen Wiedergabekopf 14 wird daraus ein frequenzmoduliertes Wiedergabesignal Y_out-FM mit einem gewöhnlich gemäß Fig. 4C veränderten oberen Seitenband. Dieses Wiedergabesignal Y_out-FM wird durch einen Verstärker 15 verstärkt, hat die in Fig. 2C dargestellte Form und erscheint nach Durchgang durch eine "weiche" Begrenzerschaltung 16 mit einem Verstärkungsfaktor in der Größenordnung von 10 bis 12 dB als Ausgangssignal gemäß Fig. 4D, dessen oberes Seitenband durch die untere Seitenbandkomponente regeneriert ist. Dieses oberseitig regenerierte wiedergegebene frequenzmodulierte Signal kreuzt die Nullinie nicht überall (vgl. Fig. 2F) und wird durch eine Hochanhebungsschaltung 17 mit einer Frequenzcharakteristik gemäß Fig. 4E geschickt, die es mit einer im oberen Seitenband angehobenen Frequenzverteilung gemäß Fig. 4F verläßt und über eine "harte" Begrenzerschaltung 18 mit einem Begrenzungsfaktor von 40 bis 50 dB in einen Frequenzmodulator 19 eingespeist wird. Jetzt ist aus dem frequenzmodulierten Wiedergabesignal Y_out-FM, welches am Ausgang des Wiedergabeverstärkers 15 im oberen Seitenband ein schlechtes Nutz/Störverhältnis hatte, durch die weiche Begrenzerschaltung 16 ein im oberen Seitenband regeneriertes phasenwinkelmoduliertes Signal Y_out-FM′ mit einem verbesserten Nutz/Störverhältnis geworden, welches auch durch die Anhebungsschaltung 17 nicht verschlechtert wird. Das aus der Begrenzerschaltung 16 kommende Signal Y_out-FM′ hat die in Fig. 2F dargestellte Form, und nach Anhebung in der Hochanhebungsschaltung 17 erfolgt eine korrekte Nullinienkreuzung (vgl. Fig. 2G) und dann die Begrenzung durch den harten Begrenzer 18, dessen Ausgang die in Fig. 2H dargestellte Form hat und durch einen Demodulator 19 einwandfrei zu der in Fig. 2I dargestellten Impulsform demoduliert werden kann.

Da jedoch bei der Magnetaufzeichnungs- und Wiedergabeschaltung gemäß Fig. 3 der niedrige Trägerpegel in dem Bereich, wo das Leuchtdichte-Pegelsignal des Bildes sich scharf ändert, die dritte Harmonische des durch die weiche Begrenzerschaltung 16 begrenzten Trägers des frequenzmodulierten Wiedergabesignals durch die Hochanhebungsschaltung 17 mit angehoben wird, kommt es bei zu großer Verstärkung der Hochanhebungsschaltung, d. h. wenn die dritte Harmonische die Abtastbezugslinie überschreitet, zu einer Signalinversion.

Wenn in diesem Fall das Eingangs-Videosignal bei einem Wechsel von weiß nach schwarz durch Vor-Anhebung einen Überschwinger gemäß Fig. 5A enthält, erzeugt daraus der Wiedergabeverstärker 15 das frequenzmodulierte Signal gemäß Fig. 5B, welches durch die weiche Begrenzerschaltung 16 gemäß Fig. 5C in der Amplitude beschnitten wird. Bei zu großer Verstärkung der Hochanhebungsschaltung 17 wird die dritte Harmonische des Trägers des frequenzmodulierten Wiedergabesignals gemäß Fig. 5D angehoben. Wird dieses Signal vor seiner Weitergabe an den Demodulator durch eine harte Begrenzerschaltung begrenzt, wie dies bei einer bekannten Schaltungsanordnung zur Wiedergabe auf Band aufgezeichneter Fernsehsignale der Fall ist (US-Patent 41 52 733). Im vorliegenden Fall also durch die dem Demodulator 19 vorgeschaltete Begrenzerschaltung 18, so entstehen gemäß Fig. 5E überflüssige Impulse P_e, welche der Demodulator 19 fälschlich als Weißpegel interpretiert und infolge Weiß-Übermodulation eine Inversion veranlaßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Signalaufbereitungsschaltung aufzuzeigen, durch die sich Signalpegelinversion bei starken Kontrastwechseln eines Videoeingangssignals sicher vermeiden lassen.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Schaltung enthält als besonderes Merkmal eine mit einer Verzögerungsschaltung bzw. Verzögerungsleitung versehene Hochanhebungsschaltung, die eine Begrenzungsfunktion erfüllt und die Anteile der dritten Harmonischen unterdrückt. Bei einer Verzögerungszeit τ der Verzögerungsleitung in der Hochanhebungsschaltung wird ein zusammengesetztes Signal gewonnen, welches aus der durch die Verzögerungsleitung um 2τ verzögerten Reflexionswelle und dem Eingangssignal besteht. Da die Anteile der dritten Harmonischen des Eingangssignals angehoben wird, werden sie bei richtiger Begrenzung in dem zusammengesetzten Signal wieder geschwächt.

Die erfindungsgemäße Hochanhebungsschaltung kann mit Vorteil zwischen einer weichen Begrenzerschaltung und einer harten Begrenzerschaltung in einer Wiedergabeschaltung für FM-Videosignale angeschlossen werden.

Nachstehend werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung, die auch den vorstehend gewürdigten Stand der Technik enthält, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Signalinversion,

Fig. 2 eine grafische Darstellung von zur Signalinversion führenden Signalverläufen,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer zur Vermeidung der Inversion geeigneten Aufzeichnungs- und Wiedergabeschaltung,

Fig. 4 grafische Darstellungen der Frequenzverteilung an verschiedenen Punkten der Schaltung von Fig. 3,

Fig. 5 eine grafische Darstellung bestimmter Signalformen, bei deren Auftreten in der Schaltung von Fig. 3 eine Signalinversion nicht vermeidbar ist,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer in der Schaltung von Fig. 3 enthaltenen Hochanhebungsschaltung,

Fig. 7 im Betrieb der Hochanhebungsschaltung auftretende Signalformen,

Fig. 8 ein detailliertes Schaltbild der Hochanhebungsschaltung von Fig. 6,

Fig. 9 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Hochanhebungsschaltung, die sich von Fig. 8 unterscheidet,

Fig. 10 ein Äquivalenz-Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung.

Vor der Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungen wird zunächst die in der bekannten Aufzeichnungs- und Wiedergabeschaltung von Fig. 3 enthaltene Hochanhebungsschaltung 17 beschrieben, die für sich aus der US-PS 39 27 420 bekannt ist. Bei dieser in Fig. 6 dargestellten Schaltungsanordnung handelt es sich um eine sog. Spaltdämpfungs-Ausgleichsschaltung, die eine Verzögerungsschaltung 21 enthält, welche eine Verzögerung um die Zeit τ bewirkt. Das über einen Anpaßwiderstand 22 zugeführte frequenzmodulierte Wiedergabesignal e_in (s. Fig. 7A) wird von der Verzögerungsschaltung 21 um τ verzögert und geht als Signal e_τ zu einer Additionsstufe 23.

Ferner erfolgt eine Kombination mit einem um 2τ verzögerten Signal als Reflexionswelle eines zusammengesetzten Signals e_o. Die gemäß Fig. 8 aus zwei zu einem Differenzverstärker verbundenen Transistoren 24, 25 bilden einen Subtrahierer 23, der das Signal e_o in Gegenphase zu dem verzögerten Signal e_τ mit Verstärkungsgrad 1/2 addiert und ein frequenzmoduliertes Wiedergabesignal e_out abgibt (Fig. 7F), dessen Grundwellenanteil unterdrückt wird, dessen dritte Harmonische aber so stark angehoben ist, daß die in Fig. 7F unterbrochen dargestellte Weiß-Übermodulation auftritt.

Diese Weiß-Übermodulation wird durch Amplitudenbegrenzung des zusammengesetzten Signals verhütet. Dadurch werden überflüssige Anteile der dritten Harmonischen entfernt (s. Fig. 7E). In der erfindungsgemäßen Schaltung erfolgt somit die frequenzabhängige Amplitudenbegrenzung des die angehobene dritte Harmonische enthaltenden Signals unter Addition des frequenzmodulierten Original-Wiedergabesignals mit dem zweifach verzögerten Signal. Dieses amplitudenbegrenzte Signal wird in Gegenphase zu einem Signal addiert, welches um die Verzögerungszeiteinheit gegenüber dem Originalsignal verzögert ist, um ein frequenzmoduliertes Wiedergabesignal mit angehobener Hochkomponente zu gewinnen und auf diesem Wege das Entstehen überflüssiger Impulse durch die dritte Harmonische zu verhindern und die Signalinversion zu vermeiden.

Die erfindungsgemäße Hochanhebungsschaltung in Fig. 9 unterscheidet sich von Fig. 8 in der Weise, daß eine aus zwei antiparallel geschalteten Dioden 31, 32 bestehende Begrenzerschaltung 33 über einen Kondensator (Wechselstrompfad) an die Basis des Transistors 24 des Subtrahierers 23 angeschlossen ist, wo das zusammengesetzte Signal e_o eingespeist wird. Die übrigen Einzelheiten der mit gleichen Bezugszahlen bezeichneten Schaltung von Fig. 9 stimmen mit der Hochanhebungsschaltung von Fig. 6 überein, eine nochmalige Erläuterung erübrigt sich daher. Die Schaltung von Fig. 9 läßt sich durch das Ersatzschaltbild von Fig. 10 darstellen. Da das zusammengesetzte Signal e_o aus dem Ursprungssignal e_in und dem Reflexionswellensignal e_2τ besteht, ergibt sich durch die Übertragungsfunktion am Abnahmepunkt des Signals e_o zwischen dem Anpaßwiderstand 22 und der Verzögerungsschaltung 21 folgende Beziehung:

_o = _in · (1 + e^{-j2 ωτ})
= _in · (1 + cos 2ωτ - j sin 2ωτ)

Die Verstärkung G ist:

Die Phase R ist:

= tan^-1 X

Die Gruppenlaufzeit - beträgt:

Somit ist Gruppenlaufzeit τ unabhängig von der Frequenz konstant.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel wie erwähnt die Amplitudenbegrenzung an dem durch die Verzögerungsschaltung 21 erzeugten und durch die Addition des Ursprungssignals e_in zu dem reflektierten Signal e_2τ gewonnenen zusammengesetzten Signal e_o erfolgt, werden Spitzen und Täler in diesem Signal durch die besonders angehobenen Anteile der dritten Harmonischen verhindert. Da der Subtrahierer 23 das Begrenzer- Ausgangssignal e₂ von dem einmal verzögerten Signal e_τ subtrahiert, entsteht das frequenzmodulierte Ausgangssignal e_out ohne Nullinienkreuzung, wie in Fig. 7F durchgehend dargestellt.

Durch die beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele erfolgt die Anhebung der hochliegenden Komponenten bei gleichzeitiger Unterdrückung der eine Signalinversion verursachenden Komponente der dritten Harmonischen. Dadurch wird ohne Verschlechterung des Nutz/Störverhältnisses die Inversion wirksam verhindert und ein frequenzmoduliertes Wiedergabesignal hoher Qualität erzielt.

Claims (4)

1. Signalaufbereitungsschaltung für die Wiedergabe frequenzmoduliert aufgezeichneter und nach der Abtastung amplitudenbegrenzter Videosignale mit

• - einer Verzögerungsschaltung (21) zur Verzögerung des Videosignals (e_in) um Zeitspannen τ und 2τ,
• - einem Addierer zum Addieren des Videosignals (e_in) mit dem um 2τ verzögerten Videosignal (e_2τ), und mit
• - einem Subtrahierer (23), welcher das Ausgangssignal (e_o) des Addierers von dem um τ verzögerten Videosignal (e_τ) subtrahiert und als höhenangehobenes Videosignal (e_out) abgibt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine frequenzabhängige Amplitudenbegrenzerschaltung (33) vorgesehen ist, welche das Ausgangssignal (e_o) des Addierers vor der Weitergabe an den Subtrahierer (23) derart frequenzabhängig begrenzt, daß überflüssige Anteile der dritten Harmonischen des Videosignals entfernt werden.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Subtrahierer (23) einen Differenzverstärker (24, 25) mit zwei Eingängen enthält, von denen der eine Eingang mit dem Ausgang der Verzögerungsschaltung (21) und der andere Eingang über die Begrenzerschaltung (33) mit dem Eingang der Verzögerungsschaltung (21) verbunden sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerschaltung (33) durch zwei antiparallel geschaltete Dioden (31, 32) und einen Kondensator gebildet ist.