DE958659C - Fernsehempfaenger - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 21. FEBRUAR 1957

H 9426VIIIa/2i a*-

ist als Erfinder genannt worden

Fernsehempfänger

Es wind im allgemeinen angenommen, daß die Ermüdung der Augen, die sich 'beim Betrachten von Fernsehbildern oft einzustellen pflegt, mehr auf die unzureichende Bildschärfe als auf die mangelnde Abbildung aller Einzelheiten des Bildes zurückzuführen ist. Unter Schärfe wird hierbei die Geschwindigkeit der Änderung der Bildhelligkeit in der Zeilenrichtung verstanden, d.h., die Schärfe ist abhängig vom Erscheinen einer scharfen

ίο Abgrenzung zwischen Punkten verschiedener Helligkeit. Die mangelnde Schärfe scheint die Augenmuskeln des Betrachters dazu zu veranlassen, daß sie auf der Netzhaut ein schärferes Bild zu erzeugen trachten. Dies führt mit der Zeit eine Ermüdung der Augen herbei. Diese unangenehme Erscheinung nimmt um so mehr zu, je größer das wiedergegebene Bild ist, da hierbei die Größe des Betrachtungswinkels zunimmt, so daß die Kornstruktur des Bildes sichtbarer wird.

In einer Sender und Empfänger umfassenden Fernsehübertragungiseinrichtung wird die Bandbreite der Fernsehzeichenspannung durch mehrere Faktoren begrenzt. Solche Faktoren sind beispielsweise die Abtastflecke in der Bildfängerröhre und in der Bildwiedergaberöhre sowie die Zeichenkanäle im Sender und im Empfänger. Diese Bandbreitenbegrenzung hat eine entsprechende Begrenzung des Bildauflösungsvermögens der Einrichtung zur Folge, und die durch die begrenzte Ubertragungsfahigkeit der Zeichenkanäle bedingte B andbrekenbegrenzung beeinträchtigt auch die Schärfe des übertragenen Bildes. Man glaubte bisher, daß diese Beeinträchtigung der Bildschärfe unvermeidlich sei, d. h. daß die begrenzte Bandbreite die

Übertragung der die höchste Frequenz aufweisenden Komponenten der Fernsebzeiehenspannun^ von vornherein unmöglich mache und dadurch die zur Durchführung einer Amplitudenänderung der Fernsehzeichenspannung erforderliche Zeit unvermeidlicherweise verlängere. Diese Erscheinung hat eine Abflachung der Übergangsstellen zwischen Teilen verschiedener Amplitude der Zeichenspannung zur Folge, die sich in einer mangelnden ίο Schärfe des wiedergegebenen Bildes äußert.

Bs ist bereits bekannt, zwecks Verminderung der erforderlichen Bandbreite der Fernsehzeichenkanäle die Ablenkung der Bildwiedergabevorrichtung in der Zeilenrichtung in Abhängigkeit von ¹S der ersten Ableitung der Ausgangsspannung des Bildinhältsveris'tärkers zu .steuern. Diese Steuerung führt jedoch zu einer Verzerrung des wiedergegebenen Bildes, die durch die vorliegende Erfindung dadurch beseitigt wird, daß die Steuerung der Ablenkung der Bildwiedergabevorrichtung in Abhängigkeit von einer Hilfsspannung geschieht, die im .wesentlichen mit dem Produkt der beiden ersten Ableitungen des de>modulierten Fernsehsignal übereinstimmt.

Die Hinzuziehung von höheren Ableitungen zur Beseitigung der Verzerrung eines Signals ist zwar an und für sich bekannt, dabei erfolgte aber die Zusammensetzung des ursprünglichen Signals in genauer Übereinstimmung mit der vorbekannten Reihenentwicklung einer Funktion als Summe der mit bestimmten Beiwerten multiplizierten Ableitungen. Um eine Produktbildüng von Ableitungen handelte es sich dabei nicht.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungebeispiels näher erläutert.

Fig. ι ist das Schaltbild eines vollständigen Fernsehempfängers mit der erfmdungsgemäßen Einrichtung zur Erhöhung der Bildschärfe, und Fig. 2 und 3 sind Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des Empfängers.

Der Empfänger gemäß Fig. ι besteht aus einem mit der Antenne io, ii verbundenen Hochfrequenzverstärker 12, an den eine Überlagererstufe 13, ein Zwischenfrequenzverstärker 14, ein Demodulator 15 mit Ausgangsklemmen 30, ein einen Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung 24 zur Erhöhung der Bildschärfe bildender BiI dkihal tsver stärker 16 und ein Bildwiedergabegerät 17 angeschlossen sind. Das Steuergitter der das Bildwiedergabegerät bildenden Kathodenstrahlröhre ist an die Ausgangsklemme 31 des Bildinha'ltsverstärkers 16 angeschlossen. Die Kathodenstrahlröhre ist mit den üblichen horizontalen und vertikalen Ablenkspulen 18 und 19 versehen. Der Demodulator 15 liefert den Stufen 12, 13 und 14 über die Leitung 56 eine Regel-Spannung zur selbsttätigen Verstärkungsregelung. An den Zwischenfrequenzverstärker 14 ist ein Tonwiedergabeteil 25 mit Lautsprechern 26 angeschlossen. An einen Ausgangskreis des BiIdinhaltsverstärkers 16 sind über einen Synchronisierzeichen trenner 20 und eine Vorrichtung 21 zum Trennen der verschiedenartigen Synchronisierzeichen voneinander ein Ablenkspannungsgenerator 22 und ein Zeilenwechselspannungsgenerator 23 in üblicher Weise angeschlossen. Die Ausgangskreise 'dieser Generatoren sind mit den Ablenkspulen 18 und 19 verbunden. Die Kathode der Kathodenstrahlröhre ist an einen positiven Punkt der Anoidenspannungsquelle 36 der Röhre angeschlossen. Sämtliche vorgenannten Teile des Empfängers — mit Ausnahme der Einrichtung 24 =— können üblicher Bauart sein, so daß sich eine nähere Erläuterung ihres Aufbaues und ihrer Wirkungsweise erübrigt.

In der Einrichtung 24 sind an den Ausgangskreis des Bildinhaltsverstärkers 16 ein Differenzierkred'S 27, ein weiterer Differenzierkreis 40, ein Gegentaktmodulator 41 und ein Verstärker 28 angeschlossen. An den Verstärker 28 ist eine zusätzliehe Ablenkspule 33 'der Kathodenstrahlröhre angeschlossen, die auf den Kathodenstrahl ebenso einwirkt wie die Zeilenablenkspule.

Weiterhin liegt zwischen dem Ausgangskreis des Differenzierkreises 27 und einem anderen Eingangskreis des Modulators 41 eine Anordnung zur symmetrischen Begrenzung der vom Differenzierkreis 27 herstammenden ersten Ableitung der Amplitudenänderungen der Fernsehzeichenspannung. Diese Anordnung umfaßt zwei Gleichrichter 42 und 43, die miteinander in Reihe und miteinander entgegengesetzter Polarität zwischen die Ausgangsklemme des Differenzierkreises 27 und den Kontakt 45 eines Umschalters 46 geschaltet sind. Der bewegliche Kontakt des Umschalters 46 ist mit dem Eingangskreis des Modulators 41 verbunden, und der andere feste Kontakt 48 dieses Umschalters steht über eine Leitung 47 ebenfalls mit dem Ausgangskreis des Differenzierkreises 27 in Verbindung. Zwischen den voneinander abgewendeten Elektroden der Gleichrichter 42 und 43 und der anderen Ausgangsklemme des Differenzierkreises 27 liegen Widerstände 49 und 50. Der Verbindungspunkt der Gleichrichter 42 und 43 ist über einen Widerstand 53 und eine Batterie 52 ebenfalls mit der genannten anderen Ausgangsklemme des Differenzierkreises 27 verbunden. Die Batterie hält die Gleichrichter normalerweise im durchlässigen Zustand. Der Ausgangskreis des Differenzierkreises 27 kann weiterbin über die gestrichelt gezeichnete no Leitung 55 auch direkt mit dem Eingangskreis des Verstärkers 28 verbunden sein.

Die Wirkungsweise der Anordnung der Fig. 1 wird an Hand der Diagramme der Fig. 2 und 3 erläutert. Die Kurvet der Fig. 2 stellt die zu einem Teil einer BSldzeile gehörige demodulierte Fernsehzeichenspannung dar. Der Spannungsimpuls A kann z. B. einen weißen Streifen im Bild darstellen, wobei durch die Wirkung der begrenzten Bandbreite der der Einrichtung 24 vorangehenden Stufen des Empfängers die Ecken dieses Impulses abgerundet und seine Flanken abgeflacht sind. Im Zeitpunkt i₀ setzt eine positive Amplitudenänderung der Zeichenspannung A ein, die im Zeitpunkt t₂ endet. Hiernach bleibt die Amplitude der Zeichenspannung bis zum Zeitpunkt i₃ unver-

ändert, worauf eine negative Amplitudenänderung beginnt, die dm Zeitpunkt t₅ ihr Ende erreicht. Es sei angenommen, daß der Zeichenkanal des Empfängers an und für sich nicht imstande ist, steilere Amplitudenänderungen zu übertragen als diejenigen, die die Kurve A aufweist.

Die dem Differenzierkreis 27 zugeführte Zeichenspannung A ergibt im Ausgangskreis des Differenzierkreises die durch die Kurve B der Fig. 2 dargestellte erste Ableitung der Zeichenspannung A. Die gestrichelte Linie C₁ der Fig. 2 stellt die Änderung des die horizontale Ablenkspule durchfließenden Stromes in Abhängigkeit von der Zeit dar. Dieser Strom ändert sich völlig linear mit

*5 der Zeit, d. h., die Ablenkgeschwindigkeit ist konstant. Nun wird aber die durch die Kurve B dargestellte Spannung nach ihrer Verstärkung durch den Verstärker 28 über die Klemme 32 der zusätzlichen Ablenkspule 33 zugeführt, die, wie bereits erwähnt, ebenso wirkt wie die horizontale Ablenkspule der Kathodenstrahlröhre. Unter der Einwirkung dieser Spannung nimmt der die horizontale Ablenkung bewirkende Gesamtstrom die durch die voll ausgezogene Kurve C dargestellte Form an.

Wie ersichtlich, übersteigt dieser Strom in den Zeiträumen t₀ bis t_u und i₃ bis t_A den normalen Wert und fällt in den Zeiträumen t_x bis t₂ und ΐ₄ bis i₅ unter den normalen Wert. Die Kurve G stellt die im Ausgangskreis des Differenzierkreises 40 erscheinende zweite Ableitung der Amplitudenänderungen der Fernsehzeichenspannung A dar. Wenn der Umschalter 46 in seiner gezeichneten Lage ist und die Verbindung 55 fehlt, so wird die durch die Kurve B dargestellte erste Ableitung vom Ausgangskreis des Differenzierkreises 27 über die Leitung 47 und den Schalter 46 dem Eingangskreis des Modulators 41 zugeführt. Der andere Eingangskreis des Modulators 41 erhält vom Differenzierkreis 40 die durch die Kurve G dargestellte zweite Ableitung. Im Modulator ergibt sich dann das durch die Kurve H dargestellte Produkt der beiden Ableitungen, das über den Verstärker 28 und die Klemme 32 der zusätzlichen Ablenkspule der Kathodenstrahlröhre zugeführt wird. Die Spannung H weist steilere Amplitudenübergänge auf als die Spannung G₁ und ihre in die Zeiträume t₃ bis t_i und t_i bis t_s fallenden Teile sind in ihrer Polarität entgegengesetzt den in dieselben Zeiträume fallenden Teilen der Spannung G. Durch diese Spannung H wird die Ablenkung des Kathodenetrahles in der durch die Kurve C der Fig. 2 dargestellten Weise verändert.

Die Wirkung der vorgenannten Änderung der Abtastgeschwindigkeit ist in Fig. 3 zeichnerisch dargestellt. Die Kurvet dieser Figur entspricht der Kurve A der Fig. 2. Sie kann auch als die Darstellung des Augenblickswertes des Kathodenstrahlstromes i oder der Bildhelligkeit h in - Abhängigkeit vom Wege ί des Kathodenstrahles auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre bei konstanter Abtastgeschwindigkeit und linearer Steuerspannungs-Helligkeits-Charakteristik der Röhre aufgefaßt werden. Die gestrichelt gezeichnete Kurve E, die während des Zeitraumes % bis t_c mit der ausgezogenen Kurvet zusammenfällt, stellt den sich unter der Einwirkung der Einrichtung 24 und mit dem durch die Kurve C der Fig. 2 gezeigten Verlauf der Ablenkung mit der Zeit ergebenden Augenblickswert des Strahlstromes in Abhängigkeit vom Strahlenweg s dar, während die strichpunktiert gezeichnete Kurve F, die während des Zeitraumes t_b bis t_c ebenfalls mit der voll ausgezogenen Kurve A zusammenfällt, die unter der Einwirkung der Einrichtung 24 zustande kommende Bildhelligkeit in Abhängigkeit vom Strählenweg.? darstellt. Die Kurve F unterscheidet sich von der Kurve E, weil die Helligkeit bei einem gegebenen Augenblickswert des Strahlstromes dem Augenblickswert der Abtastgeschwindigkeit umgekehrt proportional ist. Die Kurve F steigt also während des ersten Teiles des Zeitraumes t_a bis t_b allmählich an, weil hier die Abtastgeschwindigkeit größer ist. Während des zweiten Teiles des Zeitraumes nimmt jedoch die Abtastgeschwindigkeit ab, und infolgedessen nimmt hier die Helligkeit ganz plötz-Hch zu. Es kann sogar vorkommen, daß die Helligkeit über das durch den geradlinigen Teil A dargestellte Niveau hinausschießt, weil der Kathodenstrahl für einen Moment stehenbleibt und sich dann erst wieder weiterbewegt. Während des go Zeitraumes t_b bis t_c fällt die Helligkeitskurve mit der ausgezogenen Kurvet zusammen. Im Zeitpunkt t_c vermindert sich die Abtastgeschwindigkeit wieder, und infolgedessen kann sich hier wieder ein Helligkeitsülberschuß ergeben, wonach dann die Kurve F sehr steil abfällt, weil die Abtastgeschwindigkeit jetzt ihren normalen Wert wieder übersteigt.

Wie die Kurven der Fig. 3 zeigen, beeinflußt die Einrichtung 24 die Ablenkung des Kathoden-Strahles in der Weise, daß sich im wiedergegebenen Bild zwischen Punkten verschiedener Helligkeit viel steilere Übergänge ergeben als diejenigen, die in der Zeichenspannung zwischen den entsprechenden Punkten verschiedener Amplituden vorhanden sind. Dadurch werden, wie bereits erwähnt, die weißen Elemente des Bildes verengt und die dunklen Elemente verbreitert, überdies können die Helligkeitsüberschüsse an den Anfangs- und Endpunkten der Übergänge noch Glanzlichter im Bild erizeugen. Dies zeigt, daß im wiedergegebenen Bild kleine geometrische Verzerrungen vorhanden sind. Diese sind jedoch nicht nur nicht nachteilig, sondern sogar eher wünschenswert, da sie den scheinbaren Kontrast des Bildes erhöhen und die endliche Größe des Abtastfleckes in gewissem Maße ausgleichen.

- ■ Wenn der gesamte Zeichenkanal eines Fernsehempfängers eine scharf begrenzte Bandbreite von 4 Megahertz hat, so können steile Amplitudenänderungen der Zeichenspannung unerwünschte Schwingungen hervorrufen. Solche Schwingungen wurden dann durch die erfindungsgemäße Einrichtung nur noch verstärkt werden. Dies kann durch eine Verminderung der Bandbreite des Zeichenkanals vermieden wenden oder dadurch, daß die

beiderseitige Begrenzung der Bandbreite weniger scharf gemacht wird. Hierdurch werden zwar die steilen Amplitudenänderungen abgeflacht, aber dies wird durch die erfindungsgemäße Einrichtung mehr als ausgeglichen, .so daß man im Endeffekt ein .schärferes BiW erhält als dasjenige, das die steilen Amplitudenänderungen liefern könnten, ohne daß man den mit ihnen verbundenen Nachtedi der störenden Schwingungen in Kauf nehmen ίο müßte.

Die Vorrichtungen 27, 40, 41 und 28 kann man auch als die Bestandteile eines mit dem Hauptzeichenkanal verbundenen, zur Modulation der Abtastgeschwindigkeit dienenden Nebenzeichenkanals ansehen, der die höchstfrequenten Komponenten der Fernsehzeichenspannung der Bildwiedergabevorrichtung zuführt. Diese Betrachtungsweise ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Empfängerstufen 12 'his 15 eine große Bandbreite haben, während der Bildinhaltsverstärker 16 eine unscharf begrenzte schmale Bandbreite hat. In diesem Fall ist der Bdldinhaltsverstärker 16 nicht imstande, die steilen Amplitudenänderungen der Fernsehzeichenspannung zum Bildwiedergabegerät zu übertragen, und diese Aufgabe übernimmt dann der Nebenzeichenkanai. Die Richtigkeit dieser Betrachtungsweise kann erwiesen werden, wenn man das Steuergitter der Kathodenstrahlröhre vom Bildinhaltsverstärker abschaltet und die Kathode der Kathodenstrahlröhre vom Bildinhaltsverstärker abschaltet und die Kathode der Kathodenstrahlröhre an eine solche Spannung legt, daß eich ein sichtbarer Raster auf dem Bildschirm ergibt. In diesem Fall kann man auf dem Bildschirm den höchstfrequenten Komponenten der Fernsehzeichenspannung entsprechende Lichter wahrnehmen, die sich lediglich infolge der erfindungsgemäßen Modulation der Abtastgeschwindigkeit ergeben.

Die Richtigkeit der vorgenannten Betrachtungsweise wird auch durch die bekannten Tatsachen bekräftigt, daß die Bildhelligkeit der Abtastgeschwindigkeit umgekehrt proportional ist, daß die Abtastgeschwindigkeit bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine Funktion der zweiten Ableitung der Amplitudenänderungen der Fernsehzeichenspannung ist und daß diese zweite Ableitung mit den höchstfrequenten Komponenten der Fernsehzeichenspannung in Beziehung steht.

Der Umstand, daß bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die höchstfrequenten Komponenten der Fernsehzeichenspannung nicht durch den BiIdinhaltsverstärkeT 16 zum Blildwiedergabegerät übertragen werden, sondern sich aus der Modulation der Abtastgeschwindigkeit ergeben, bringt noch einen weiteren Vorteil mit sich. Es sei angenommen, daß es sich um die Übertragung eines kurzen Spannungsknpulses handelt. Wenn der Biädinhaltsverstärker 16 eine enge Bandbreite hat, so wird dieser dem Steuergitter der Kathodenstrahlröhre zugeführte Impuls eine geringere Spitzenamplitude und eine größere Breite haben als in dem Fall eines Blildinhaltsverstärkers mit einem breiteren Frequenzband. Da nun düe erfindungsgemäße Einrichtung auch die höchstfrequenten Komponenten des Impulses der Bildwiedergabevorrichtung zuführt, so erhält man im Endeffekt einen Impuls mit einer großen Spitzenamplitude und einer Breite, die nicht größer ist als diejenige, die sich bei Verwendung eines Bdid'inhaltsverstärfcers großer Bandbreite ergeben würde. Die große Spitzenhelligkeit erreicht man bei einem geringeren Strahlstrom, indem die Abtastgeschwindigkeit verringert wird. Die Verminderung des Strahlstromes ergibt einen kleineren Abtastneck, und dadurch wird wiederum die Schärfe des Bildes noch weiter erhöht. Auch das Auflösungsvermögen des Bildwiedergabegerätes wird verbessert, wenn die feinen Einzelheiten durch die erfindungsgemäße Modulation der Ablenkgeschwindigkeit in das Bild hineingetragen werden.

Es ergibt sich aus der Fig. 3, daß der HdHgkeitsüberschuß gemäß der Kurve F kleiner ist, als wenn nur die erste Ableitung zur Modulation der Geschwindigkeit herangezogen worden wäre, sowie auch, daß der Verlauf der Helligkeitsänderung eine geringfügige Vergrößerung der weißen Flächen und eine ebenso geringfügige Verminderung der schwarzen Flächen im wiedergegebenen Bild zur Folge hat. Auch diese geometrische Verzerrung ist erheblich kleiner als diejenige, die sich bei einer go Steuerung allein durch die erste Ableitung ergibt.

Wenn der bewegliche Kontakt des Umschalters 46 mit dem festen Kontakt 45 in Berührung steht, so bewirken die Gleichrichter 42 und 43 ein symmetrisches Beschneiden der hohen Amplituden sowohl der positiven als auch der negativen Spitzen der durch die Kurve B der Fig. 2 dargestellten ersten Ableitung der Fernsehzeichenspannung und führen diese symmetrisch begrenzte erste Ableitung dem Modulator 41 zu. Es wurde bereits erwähnt, daß die Spannung H der Fig. 2 eine Funktion des Produktes der Spannungen B und G ist. Durch Einschaltung der Gleichrichter 42 und 43 kann die Wirkung der Amplitudenänderungen 'der ersten Ableitung der FernsehzeichenspaniMMig .so vermindert werden, daß die erste Ableitung lediglich eine Umkehrung des in den Zeitraum t₃ bis t₅ fallenden Teiles der Spannung G bewirkt, ohne jedoch ihre Amplitude zu verändern. no

Bei Verwendung der Leitung 55 wird die erste Ableitung der Fernsehzeichenspannung der Prodruktspannung H zugefügt. Auf diese Weise kann die durch die Modulation der Abtastgeschwindigkeit hervorgerufene geometrische Verzerrung des Bildes in jedem gewünschten Maße unterdrückt werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Fernsehempfänger, bei dem die Ablenkung des Elektronenstrahles in der Zeilen richtung in Abhängigkeit von einer von den beiden ersten Ableitungen der Ausgangsspannung des Bildinhaltsversärkers abhängigen Hilfsspan-

   nung (-strom) derart veränderlich ist, daß jede auf eine Amplitudenäniderung folgende, aus einer Zunahme und einer darauffolgenden Abnahme, oder umgekehrt, zusammengesetzten Variation der Abtastgeschwindigkeit von einer entgegengesetzten Variation begleitet wird', dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung im wesentlichen mit dem Produkt der beiden ersten Ableitungen des demoduMerten Fernsehsignal« übereinstimmt.
2. 2. Fernsehempfänger nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspannung im wesentlichen mit dem Produkt aus der zweiten Ableitung und der amplitudenbegrenzten ersten Ableitung übereinstimmt.
3. 3. Fernsehempfänger nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während derjenigen Zeiträume, in die die Abnahme der Abtastgeschwindigkeit fällt, eine die Intensität des Kathodenstrahles herabsetzende zusätzliche Spannung dem BiIdwiiedergabegerät zugeführt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 655945, 686597; USA.-Patentschrift Nr. 1 315 539;
   Buch »Elektronenröhren als Anfangsstufenverstärker«, von Rothe-Kleen, 2. Auflage, 1944, S. 29 bis 39, Akademische Verlagsgesellschaft Becker u. Erier Korn.-Ges., Leipzig.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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