DD144142A5

DD144142A5 - Verfahren und vorrichtung zur herabsetzung von interferenzkomponenten in einem frequenzmodulierten signal

Info

Publication number: DD144142A5
Application number: DD79212827A
Authority: DD
Inventors: Boer Eeltje De
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1978-05-16
Filing date: 1979-05-11
Publication date: 1980-09-24
Also published as: CA1138095A; GB2022959B; JPS6145919B2; ZA791931B; NL7805232A; SE440435B; AU4700679A; NZ190429A; GB2022959A; CH648968A5; AT378296B; JPS54150032A; ATA363279A; FR2426359B1; ES480540A1; US4223282A; FR2426359A1; DK153267B; MX149487A; ES480544A1

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herabsetzung von Interferenzkomponenten in einem frequenzmodulierten Signal

Anwendungsgebiet der Erfindung . .' ·

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herabsetzung von Interferenzkomponenten in einem frequenzmodulierten Signal, in dem wenigstens ein Modulationssignal mit Grundfrequenz als Frequenzmodulation einem Trägersignal zugesetzt ist«

Die Erfindung ist insbesondere für Systeme Von Bedeutung, bei denen ein Videosignal auf einen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet wird, um danach wieder ausgelesen werden zu können»

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Wegen der durch den Aufzeichnungsträger im allgemeinen auferlegten Bandbreitenbeschränkung sind in der Vergangenheit eine Vielzahl von Kodiersystemen entwickelt worden, die bezwecken, das ursprüngliche Videosignal derart zu transformieren, daß auf möglichst vorteilhafte Weise diese beschränkte Bandbreite des Aufzeichnungsträgers ausgenutzt wird. Eine dabei vielfach angewandte Technik ist die Frequenzmodulation, bei der also ein Trägersignal von dem Videosignal in der Frequenz moduliert wird. Wenn dabei von einem zusammengesetzten Farbvideo-

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signal ausgegangen wird,' enthält dieses Signal im allgemeinen ein einer festen Grundfrequenz aufmoduliertes Farbartsignal, .So enthält ein Standard-Farbvideosignal nach der IiTSC-Norm eine Farbhilfsträgerwelle von 3,58MHz und die Standard-Farbyideosignale nach der PAl- und nach der SECAM-Horm enthalten eine Farbhilfsträgerwelle von 4,43 MHz,

Wenn ein derartiges zusammengesetztes Farbvideosignal einem Trägersignal in der Frequenz aufmoduliert wird, werden Seitenbandkomponenten erhalten, die durch dieses Modulationssignal mit der Färbhilfsträgerfrequenz herbeigeführt werden und in einem Frequenzabstand von dem Trägersignal gleich einem ganzen Vielfachen dieser Farbhilfsträgerfrequenz liegen.

Vor allem bei Systemen, in denen eine verhältnismäßig niedrige' Frequenz für das Trägersignal gewählt ist, können diese genannten Seitenbandkomponenten zu erheblichen Störungen führen. Insbesondere wenn sich die untere Seitenbandkomponente zweiter Ordnung bis in den negativen Frequenzbereich erstreckt und demzufolge als sogenannte "umgefaltete" Seitenbandkomponente im positiven Frequenzbereich zum Ausdruck kommt, kann im wiedergegebenen Bild eine erhebliche Interferenzstörung, auch als Moirestörung bezeichnet, entstehen.

Um diese Interferenzstörung infolge der genannten Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung zu unterdrücken, ist in der NL-PS 7.701.035 ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, bei dem vor der Frequenzmodulation ein Korrektursignal erzeugt wird,, das nach Frequenzmodulation eine Kompensation der genannten Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung bewirken muß. Dieses Korrektursignal wird dadurch er-

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halten, daß mit Hilfe einer Quadriervorrichtung die zweite Harmonische des Farbhilfsträgersignals.erzeugt wird. Dieses Korrektursignal wird dann vor der Frequenzmodulation zu dem Farbvideosignal addiert, wobei, um die gewünschte Kompensation der störenden Unterseitenbandkomponente zu erhalten, .sowohl die Phasenbezeichnung als auch die Amplitudenbeziehung dieses Korrektursignals in₍bezug auf das Farbvideosignal sehr genau bestimmt sein müssen. Außerdem soll zum effektiven Unterdrücken der genannten Interferenzkomponente die Amplitude des Korrektursignals quadratisch mit der Amplitude des Modulationssignals variieren. Weiter ist die erforderliche Verstärkung von dem Modulationsindex der Frequenzmodulation abhängig. Um die obengenannten Bedingungen zu erfüllen, sind komplizierte Schaltungen erforderlich, die außerdem strengen Anforderungen entsprechen müssen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art .zu schaffen, um die bei derartigen Übertragungssystemen auftretenden Störungen zu unterdrücken.

Darlegung; des Wesens der. Erfindung ·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herabsetzung von Interferenzkomponenten in einem frequenzmodulierten Signal zu entwickeln/ das sich mit verhältnismäßig einfachen Schaltungen realisieren läßt.

Die Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, daß das Trä- gersignai. in der Impulsbreite durch die infolge des Modulationssignals in dem frequenzmodulierten Signal vorhandene Unterseitsnbandkoraponente e*rster Ordnung moduliert wird.

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Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, daß bei Impulsbreitenmodulation des Trägersignals durch die genannte Unterseitenbandkomponente erster Ordnung des frequenzmodulierten Signals eine Modulationskomponente bei einer Frequenz entsteht, die gleich der Frequenz ist, die bei der Frequenzmodulation des Trägersignäls durch das Modulationssignal erhalten ist* Die Polarität dieser Modulationskomponente der Impulsbreitenmodulation ist aber gerade der der Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung des frequenzmodulierten Si-' gnals entgegengesetzt, wodurch eine Herabsetzung der bei dieser Frequenz auftretenden Interferenzkomponente erhalten wird. Da gerade diese Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung des frequenzmodulierten Signals die störendste Interferenzkomponente ist, wird durch das Verfahren nach der Erfindung eine effektive Signalverbesserung erreicht. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der Modulationsindex bei der Impulsbreitenmodulation derart gewählt, daß das bei dieser Impulsbreitenmodulation erhaltene Unterseitenband zweiter Ordnung wenigstens annähernd die gleiche Größe wie das Unterseitenband zweiter Ordnung des frequenzmodulierten Signals aufweist, das durch das Modulationssignal herbeigeführt wird.

Die Impulsbreitenmodulation des Trägersignals kann auf verschiedene Weise durchgeführt' werden. So können die ansteigenden und abfallenden Flanken dieses Trägersignals voneinander getrennt und der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Flanken kann über eine Verzögerungsvorrichtung mit einer von der unterseitenbandkomponente erster Ordnung gesteuerten Verzögerungszeit geändert werden. Uach einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Impulsbreitenmodulation dadurch erhal-

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ten, daß von wenigstens annähernd einem Einseitenband M-Signal Imit endlich steilen Planken ausgegangen und dieses Signal symmetrisch begrenzt wird. Da das frequenzmodulierte Signal als starke Signalkomponente das Trägersignal und die genannten Seitenbandkomponenten erster Ordnung enthält, wird durch diese Begrenzung automatisch die gewünschte Impulsbreitenmodulation erhalten.

Um die störendste Interferenzkomponente, und zwar die untere Seitenbandkomponente zweiter Ordnung, effektiv zu uriterdrük»» ken, ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, daß das in dem frequenzmodulierten Signal vorhandere Trägersignal vor der Begrenzung selektiv geschwächt wird« Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die in dem frequenzmodulierten Signal vorhandene untere Seitenbandkomponente vor der Begrenzung selektiv verstärkt wird. Bei diesen bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung wird die Amplitude der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung in bezug auf die Amplitude des Trägersignals relativ vergrößert, wodurch die Amplitude der zur Kompensation der unteren Seitenbandkomponente zweiter Ordnung des frequenzmodulierten Signals bestimmten Modulationskomponente des in der Impulsbreite modulierten Signals ebenfalls vergrößert ist, ^

Die selektive Verstärkung der Unterseitenbandkomponente erster Ordnung kann nach einer Weiterbildung auf einfache Weise dadurch erhalten werden, daß diese Komponente von dem frequenzmodulierten Signal abgetrennt, um einen vorbestimmten Faktor verstärkt und wieder zu dem frequenzmodulierten Signal addiert wird, ;

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Dabei wird von einem symmetrisch frequenzmodulierten Signal ausgegangen« Von diesem Signal wird die untere Seitenbandkomponente erster Ordnung abgetrennt und um einen vorher bestimmten Faktor verstärkt. Die Impulsbreitenmodulation wird dadurch erhalten, daß diese verstärkte Unterseitenbandkomponente erster Ordnung zu dem frequenzmodulierten Signal addiert und das Summensignal symmetrisch begrenzt wird,

Auch bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mit einer Modulationsvorrichtung versehen ist, mit deren Hilfe das Trägersignal durch die untere Seitenbandkom-, ponente erster Ordnung in der Impulsbreite moduliert wird.

Die Modulationsvorrichtung enthält eine Begrenzungsschaltung zur symmetrischen Begrenzung des frequenzmodulierten Signals und ist mit einem Tiefpaß zum Unterdrücken von oberen.Seitenbandkomponenten des frequenzmodulierten Signals versehen, der der Begrenzungsschaltung vorgeordnet ist* Ferner ist.die Modulationsvorrichtung mit einer der Begrenzungsschaltung vorgeordneten Schwächungsschaltung zum selektiven Schwächen des Trägersignals versehen,,

Die Schx^ächungsschaltung enthält einen Tiefpaß mit einer zwischen der Frequenz der Unterseitenbandkomponente erster Ordnung xmd der Frequenz des.Trägersignals, liegenden Grenzfrequöns« Die Modulationsvorrichtung ist mit einer der Begrenzungsschaltung vorgeordneten selektiven Verstärkervorrichtung zum selektiven Verstärken der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung versehen und enthält eine Addierschal tung? erste Zuführungsmittel zum Zuführen des frequenzmodulierten Signals zu dieser Addiervorrichtimg, einen Band-

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' > 7 - 21 2 8 27

paßfilter z\\v Abtrennung der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung von dem frequenzmodulierten Signal und zweite Zuführungsmittel, mit deren Hilfe diese abgetrennte untere Seitenbandkomponente erster Ordnung um einen vorher bestimmten Faktor verstärkt, der Addiervorrichtung zugeführt wird.

Außerdem bezieht sich die Erfindung insbesondere auf eine Vorrichtung für eine Videoaufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung, wobei für die Aufzeichnung ein zusammengesetztes Farbvideosignäl, das ein Leuchtdichte-Signal und ein einer Färbhilfsträgerwelle aufmoduliertes Farbartsignal enthält, als Frequenzmodulation einem Trägersignal zugesetzt und bei Wiedergabe durch Frequenzdemodulation dieses Farbvideosignals wiedergewonnen wird, welche Vorrichtung zur Herabsetzung wenigstens einer störenden Interferenzkomponente dient. Uach der Erfindung ist eine derartige Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Modulationsvorrichtung versehen ist, mit deren Hilfe das Trägersignal mit dem durch die modulierte Farbhilfsträgerwelle im frequenzmodulierten Signal, herbeigeführten unteren Seitenband erster Ordnung in der Impulsbreite moduliert wird.

Ausführungsbeispiel . . :

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: das FrequenzSpektrum eines von einem zusammengesetzten Farbvideosignal modulierten Trägersignals;

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Pig. 2: das Frequenz Spektrum eines von einem Modula

tionssignal in der Impulsbreite modulierten Trägersignals; ;

Fig. 3: das FrequenzSpektrum, das durch Anwendung des

Verfahrens nach der Ξrfindμng erhalten ist

Figuren . : - '- . .. '. .;. -,' : ; " ' : -^; ' ' · · ^: :''.- 4 und 5: zwei Ausführungsforraen einer' ,-Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens. ;

Fig» T zeigt zur Illustrierung das Frequenzspektrum eines .frequenzmodulierten Signals, wie es erhalten wird, wenn ein Trägersignal von einem Standar-d-PAL-Farbferhsehsignal in der Frequenz moduliert wird. Dabei ist angenommen, daß der Modulationsindex derart klein gewählt ist, daß die Seitenbandkomponenten dritter Ordnung und höherer Ordnungen vernachläßigt werden können. Weiter ist in der Figur der Einfachheit-.halber ein Trägersignal 1 mit fester Frequenz von f = 6-MHz angegeben. Tatsächlich¹ wird infolge der Modulation durch das im Farbfernsehsignal vorhandene Leuchtdichtesignal ein Frequenzhub um diese Frequenz f_Q, z. B. .zwischen 5^:»5 und 6,5 MHz, . auftreten. Für eine erste Auseinandersetzung des Brfindungsgedankens ist dies aber nich^von Bedeutung*

Da ein Standard-PAL-Farbfernsehsignal ein mit der Farbartinformation moduliertes FarbhiIfstragersignal mit der Frequenz f ..·= 4» 43 -MHz enthält, entstehen infolge dieses Modulationssignals im frequenzmodulierten Signal zunächst...zwei Seitenbandkomponenten erster Ordnung* in einem Frequenzabstand f_Q

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von dem Trägersignal 1, also eine Frequenzkomponente 2 bei einer Frequenz f_-f_ und eine Frequenzkomtionente 2¹ bei einer

OC * . '

Frequenz f.+f.» Diese beiden Seitenbandkomponenten erster Ordnung 2 und 2^f weisen eine entgegengesetzte Polarität auf und bilden somit eine reine Frequenzmodulation des Tfägersignals 1... ; ' '

Weiter entstehen bei der Frequenzmodulation zwei Seitenbandkomponenten zweiter Ordnung des Trägersignals 1 in einem Frequenzabstand 2f_c von dem Trägersignal 1« Die obere Seitenbandkomponente zweiter Ordnung liegt bei einer derart hohen Frequenz, daß sie weiter vernachlässigbar ist. Die Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung ergibt aber eine Frequenzkomponente 3» die -sogenannte gespiegelte Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung. Unter dem Ausdruck "gespiegelt" ist hier zu verstehen, daß die Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung wegen der niedrigen Frequenz des Trägersignals 1 in dem negativen Frequenzbereich zu liegen kommt und dadurch gespiegelt in bezug auf die Frequenz O im positiven Frequenzbereich zum Ausdruck kommt, wodurch die Frequenzkomponente 3 bei einer Frequenz 2f ~f_ erhalten wird.

Wenn von einem symmetrischen rechteckförmigen frequenzmodu™ liertensSignal ausgegangen wird, enthält das Frequenzspektrum auch ungerade Harmonische des Trägersignals und Seitenbandkomponenten um diese Harmonischen. Die meisten dieser Frequenzkomponenten spielen wegen ihrer Größe und Frequenz keine wichtige Rolle. Der Vollständigkeit halber ist in Fig. 1 die untere Seitenbandkomponente zweiter Ordnung der dritten Harmonischeüf des Trägersignals dargestellt. Diese FrequeriZkomponente 4 liegt bei einer Frequenz 3f^-2f_ und nimmt also.

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gleichwie die Frequenzkomponente 3» einen Frequenzabstand 2f -2f. von dem Trägersignal 1 ein. Da die Polarität dieser zwei !Frequenzkomponenten 3 und 4 entgegengesetzt ist, bilden sie zusammen eine Frequenzmodulation des Trägersignals 1 und führen nach. Frequenzdemodulation ein Störsignal mit einer Frequenz 2f_o-2f_c herbei, das als sogenanntes Moiremuster in dem wiedergegebenen Bild zum Ausdruck kommt..

Um bei einem Übertragungssystem mit Frequenzmodulation mit einer möglichst beschränkten Bandbreite auszukommen, wird meistens die sogenannte Einseitenbandmodulation angevi/andt, •was bedeutet, daß nur das Trägersignal und die Frequenzkomponenten unterhalb dieses Trägersignals übertragen werden. Dies bedeutetj daß im Frequenzspektrum nach Fig. 1 nur die innerhalb des Frequenzbandes Ε., vorhandenen Frequenzkomponenten 1,2 und 3 von Bedeutung sind. Als Störsignal bleibt in einem derartigen Sinseitenbandsystem die Frequenzkomponente 3 bestehen, die nach Frequenzdemodulation ein Störsignal mit Frequenz 2f^-2f ergibt, das zu einem Moir§muster führt. Bs .ist

O C · .. ·. ; v.

demzufolge von großem Interesse, bei derartigen Übertragungs» systemen diese Frequenzkomponente möglichst zu unterdrücken.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das freqüenzmodulierte Signal einer Impulsbreitenmodulation unterworfen wird, und zwar insbesondere dadurch, daß das Trägersignal T mit der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung 2 in der Impulsbreite moduliert wird. Um den Effekt dieser Impulsbreitenmodulation verdeutlichen zu können, ist in Fig. · 2 das Frequenzspektrum eines in der Impulsbreite modulierten Signals dargestellt, wie es erhalten wird, wenn ein Trägersignal 1 mit Frequenz f_Q von einem Modulationssignal mit Fre-

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quenz f_- in der Impulsbreite moduliert wird. Zum Bewirken der Impulsbreitenmodulation sind eine Anzahl von Möglichkeiten bekannt, auf die nachstehend noch näher eingegangen werden wird»

Das FrequenzSpektrum des in der Impulsbreite modulierten Signals enthält als Frequenzkomponenten zunächst wieder das Trägersignal 1 mit Frequenz f_Q# Bs stellt sich heraus, daß als zweite Frequenzkomponente eine Frequenzkomponente 5 mit ..·.. Frequenz f_entsteht, d. h. eine Frequenzkomponente, die mit dem Mödulationssignal zusammenfällt. Weiter stellt sich heraus, daß die Polarität dieser Frequenzkomponente gleich der ^ Polarität des Modulationssignals ist, so daß in dem Frequenzspektruim nach Fig. 2 das Modulationssignal, was seine Frequenz und Polarität anbelangt, als der Frequenzkomponente 5 entspreeiiend betrachtet werden kann.

Wenn die Impulsbreitenmodulation auf symmetrische Weise stattfindet, werden um das'Trägersignal 1 nur Seitenbandkomponenten gerader Ordnung erhalten, d. h. Frequenzkomponehten in einem Frequenzabstand 2nf (mit η einer ganzen. Zahl) von 1. Die wichtigsten dieser Frequenzkomponenten sind also die Frequenzkomponente 6 bei einer Frequenz:f -2f_ und die Frequenzkomponente S' bei einer Frequenz f +2f. Diese Frequenzkomponenten 6 und 6^f weisen, wie gefunden wurde, eine Polarität auf, die der Polarität des Trägersignals 1 entgegengesetzt ist. Weiter treten um die zweite Harmonische des Trägersignals 1, die selbst nicht auftritt_$ nur ungerade Seitenbandkompoiienten auf, d, h. Frequenzkomponenten in einem Frequenzabstand (2 n+1)f von der Frequenz 2f_Q. Der 'Vollständigkeit halber ist im Frequenzspektruin die Unterseitenbandkompo-

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nente 7 erster Ordnung dieser zweiten Harmonischen des Trägersignals 1 dargestellt, die eine Frequenz 2f-f aufweist. Die Seitenbandkomponenten höherer Ordnungen, die innerhalb des angegebenen Frequenzbereiches auftreten, können vernachläßigt werden, wenn der Modulationsindex bei der Impulsbreitenmodulation klein gewählt wird. Ferner werden bei einer Beschränkung der Übertragungsbandbreite auf ein Frequenzband E_f die Frequenzkomponenten 6'und 7 keine wichtige Rolle mehr spielen. . ' ·. " .-. ;. · · -. : ' . ' ' - ' '

Bin Vergleich der Frequenzspektren nach den Figuren 1 und 2 zeigt, daß, falls bei der Impulsbreitenmodulation die Unterseitenbandkomponente erster Ordnung 2 des frequenzmodulierten Signals als Modulationssignal benutzt wird, die unterschiedlichen Frequenzkomponenten des in der Impulsbreite modulierten Signals in bezug auf ihre Frequenz mit den Frequenzkomponenten des frequenzmodulierten Signals zusammenfallen. Insbesondere fällt die Frequenzkomponente 6 (Frequenz f ~2f = 2f -f ) des in der Impulsbreite modulierten Signals mit der störenden Frequenzkomponente 3 des frequenzmodulierten Signals zusammen« Weiter ist aus den Figuren ersichtlich, daß diese beiden Frequenzkomponenten 3 und 6 eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.

Die Erfindung nutzt dies dadurch aus, daß die genannte Störkomponente 3 bei der Frequenz 2f -f -im frequenzmodulierten Signal herabgesetzt wird. Dazu wird das frequenzmodulierte Signal einer Impulsbreitenmodulation unterworfen, wobei insbesondere das Trägersignal 1 von der' Frequenzkomponente 2 in der Impulsbreite moduliert wird* Dadurch-wird der Frequenzkomponente 3 additiv die Frequenzkomponente 6 zugesetzt, wo-

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durch eine Herabsetzung der Größe der resultierenden Frequenzkomppnente bei der betreffenden Frequenz 2ί_η~ΐ_Λ erhalten wird, weil die zwei betreffenden Frequenzkomponenten 3 und 6 eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.

Das Ausmaß der Herabsetzung der genannten Störkomponente bei dieser Frequenz. 2f_c-f wird'.naturgemäß durch das gegenseitige Größenverhältnis der beiden Frequenzkomponenten 3 und'6 bestimmt. Dabei kann aber die. Größe der Frequenzkomponente 6, die durch die Impulsbreitenmodulation erhalten ist, auf ein-'' fache'Weise derart angepaßt werden, daß eine möglichst große Herabsetzung der Störkomponente bei der Frequenz 2f_-f_ erzielt wird.Zur näheren Erläuterung wird nachstehend annäherungsweise die Größe der unterschiedlichen Frequenzkomponenten des frequenzmodulierten und des in der Impulsbreite modulierten Signals angegeben.

Bekanntlich können in einem frequenzmodulierten Signal die Größen der unterschiedlichen Frequenzkomponenten in Besselschen Funktionen ausgedrückt werden. "Wird bei derFrequenzmo-; dulation von einem kleinen Modulationsindex ß ausgegangen, so kann für die Amplituden A₁, Ap und A-, der Frequenzkomponenten 1,2 bzw. 3 des Frequenzspektrums nach Fig. 1 geschrieben werden: ". . ^: . .

A₁> J_n (ß) ^ = J₂ (ß)

A₂ = J₁ (ß) (1)

wobei Jq, J₁ und J₂ die Besselschen Funktionen nullter, erster bzw. zweiter Ordnung darstellen.

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Für die Impulsbreitenmodulation wird nun -von einem sinusförmigen Trägersignal 1 ausgegangen, dem die Frequenzkomponente 2 als Impulsbreite aufmoduliert wird. Es stellt sich heraus, daß bei Impulsbreitenmodulation die Amplituden der unterschiedlichen Frequenzkomponenten durch einen Modulationsindex m bestimmt v/erden, der gleich dem Verhältnis zwischen den Amplituden des Modulationssignals, der Frequenzkomponente 2 und des Trägersignals 1 ist. Für diesen Modulationsindex m kann also geschrieben werden:

: ^A2 ' ' ^:' ' ' ' * ^:' ' ' ^: '" m = —- = J₁ (ß). Da eine Änderung der Amplituden der

A₁ I ;

Frequenzkomponenten des in der Impulsbreite modulierten Signals auf einfache Weise durch Änderung des Amplitudenverhältnisses des Modulationssignals und des Trägersignals möglich ist, wird nachstehend für den Modulationsindex der Ausdruck a = C , J. (ß) verwendet, wobei C eine Konstante ist.

Für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung wichtigste Frequenzkomponente 6 des in der Impulsbreite modulierten Signals wird dann eine Amplitude Ag gefunden, die der Gleichung

A₆ ^ J₂ (m) = J₂ {C . J₁ (Q)] (2)

entspricht, wobei J₂ wieder die Besselsche Funktion zweiter Ordnung darstellt.

Für eine vollständige Herabsetzung der Störkomponente bei der Frequenz 2f_—f muß gelten: * . :

= A₆ oder J₂ (ß) = J₂(m) = J₂ "[C₆J₁ (ß)}

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Pur die Besselschen.Funktionen erster Ordnung und höherer Ordnungen kann annähernd die Formel

ⁿ nl \ 2 )

gelten. Das Einsetzen dieser Annäherung für die Besselschen Punktionen in den Ausdruck (3) ergibt dann die Bedingung:

2 '

1/2 (ß/2)² = 1/2 S -1—-γ = Ί/2-V-S- . (S-Y.

^ 2 - ' J 4 V2 J

woraus die Bedingung

C= 2 (5)

,folgt. ' : .- '^:. -. .. ': ' . Ζ- ; ; . ; . . . - : -.;. '

Diese Bedingung (5) gibt somit an, daß für eine vollständige Herabsetzung der Störkomponente bei der Frequenz 2f -f„ das: Araplitudenverhältnis zwischen der Prequenzkomponente 2 und demiTrägersignal 1 um einen Paktor 2 vergrößert werden soll. Dies kann naturgemäß auf zwei verschiedene Weisen bewirkt werden, und zwar durch selektive Schwächung des^;: Trägersignals 1 oder durch selektive Verstärkung der Prequenzkomponente 2,

Nach der Impulsbreitenmodulation ist das ursprüngliche Frequenzspektrum des .frequenzmodulierten- Signals nach Pig, T demzufolge in ein Frequenzspektrum nach Fig. 3 verwandelt, wobei der Einfachheit halber nur die wesentlichen Prequenzkosnponenten innerhalb des Übertragungsfrequensbandes E~ angegeben sind. Als einzige Frequenzkomponenten verbleiben ein Trägersignal 1 bei der Frequenz f_ und eine Prequenzkomponente 2* bei der Frequenz f_-f^, Diese beiden Prequenzkomponen-

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ten 1 und 2^f entsprechen in bezug auf ihre Frequenzlage völlig den Frequenzkomponenten 1 und 2 des ursprünglichen frequenzmodulierten Signals und unterscheiden sich von diesen nur durch ihre Amplitude, wobei diese Änderung der Amplituden nur davon abhängt, wie die Impulsbreitenmodulation stattfindet. Es ist aber ohne weiteres klar, daß nach der Frequenzdemodulation auf eine für ein Einseitenband-M-Signal übliche Weise des Signals mit einem Frequenzspektrum nach Fig. 3 wieder das ursprüngliche als Hodulationssignal bei der Frequenzmodulation verwendete Farbfernsehsignal erhalten wird, ' . , ^: . : ' . : . · - ^; ' ' .

In bezug auf die Größe der Frequenzkomponente 2' nach der Impulsbreitenmodulation kann folgendes bemerkt werden. Die Amplitude dieser Komponente entspricht bei der oben eingehaltenen annäherungsweisen Berechnung der Formel

= 1/2 m = 1/2 CA₂ (6),

Dies bedeutet, daß, falls die Konstante C = 2 ist, die Amplitude dieser Frequenzkomponente 2' gleich der Amplitude der ursprünglichen Komponente auf derselben Frequenz ist.

Zur Erzeugung der Impulsbreitenmodulation sind aus der Literatur eine Anzahl von Möglichkeiten bekannt. Um einige Möglichkeiten anzugeben, sei auf die US-PS 3»893·163 verwiesen* In Fig. 5 dieser Patentschrift,wird eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Impulsbreitenmodulation dargestellt, bei der ein Trägersignal in zwei Teilsignale gespaltet wird, die die ansteigenden bzw, die abfällenden Flanken des Trägersignals darstellen. Diese beiden Teilsignale werden zwei Verzögerungsvorrichtungen zugeführt, deren Verzögerungszeit veränderlich ist«, Die Verzögerungszeiten dieser beiden Verzöge-

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rungsvorrichtungen werden nun in Abhängigkeit von dem Modulations signal, jedoch in einander entgegengesetzten Richtungen, geändert. Die Ausgangssignale der beiden Verzögerungsvorrichtungeh werden wieder zu einem Signal mit doppelter Frequenz zusammengefügt, das dann die gewünschte Impulsbreitenmodulation enthält. Bei Anwendung dieser Vorrichtung für die vorliegende Erfindung kann die untere Seitenbandkomponente 2 erster Ordnung abgetrennt und als Modulationssignal den beiden Verzögerungsvorrichtungen zugeführt werden, um die Teilsignale gegeneinander zu verschieben, die von dem verbleibenden Teil des^: frequenzmodulierten Signals abgeleitet wird.

Eine zweite in Pig. 4 der vorgenannten USA-Patentschrift dargestellte Möglichkeit geht von einem Trägersignal mit endlich steilen Planken aus, zu dem das Modulationssignal addiert wird. Dann wird das erhaltene Summensignal symmetrisch begrenzt, wodurch ein wenigstens annähernd rechteckförmiges Signal mit der gewünschten Impulsbreitenmodulation entsteht. Es ist einleuchtend, daß dieses Impulsbreitenmodulationsverfahren sehr einfach durchgeführt werden kann; daher wird bei den nachstehend angegebenen Ausführungsfonnen einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens .nach der Erfindung diese Impulsbreitenmodulationsweise angewandt. .

Bei der Vorrichtung nach Pig. 4 wird das frequenzmodulierte Signal M mit einem PrequenzSpektrum nach Pig. ;Jr einer -Ein- ν gangsklemme.t;TO .zugeführt, wobei angenommen wird, daß dieses Signal endlich steile Planken aufweist. Diese Eingangsklemme 10 ist mit einem Eingang 12a einer Addierschaltung 12 verbunden}, der demzufolge dieses Signal PPI zugeführt wird. Außerdem ist diese Ausgangsklemiüe 10 mit einem Bandfilter 11 verbun-

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den, mit dem die Unterseitenbandkomponente erster Ordnung 2 (Fig. 1) abgetrennt wird. Diese Frequenzkomponente 2 wird mit Hilfe eines Verstärkers 15 verstärkt und dann einem Eingang 12b der Addierschaltung 12 zugeführt. In dieser Addierschaltung 12 werden die beiden ihren Eingängen 12a und 12b angebotenen Signale zueinander addiert, wodurch ein Signal FM' erhalten wird, dessen Frequenzspektrum, was die Lage der Frequenzkomponenten anbelangt, völlig dem Frequenzspektrum des Signals FM entspricht. Dieses Signal FM* x^ird dann einem symmetrischen Begrenzer 13 zugeführt, wodurch ein praktisch rechteckförmiges Ausgangssignal M an der Ausgangsklemme 14 erhalten wird» _:

Diese Begrenzung durch den Begrenzer 13 kann, wie in der genannten US-PS 3.893.163 nachgewiesen wird, als eine Impulsbreitenmodulation der Frequenzkomponente mit der größten Frequenz (Komponente 1) durch die Frequenzkomponente mit niedrigerer Frequenz , (Komponente 2) aufgefaßt werden.

Wie bereits angegeben ist, wird in erster Linie von einem Signal FM mit endlich steilen Flanken ausgegangen, was der Fall.ist, wenn das Signal M einer Frequenzbeschränkung unterworfen ist. Dies kann bereits automatisch der Fall sein, wenn die Vorrichtung nach Fig. 4 in einer Wiedergabevorrichtung für einen Aufzeichnungsträger verwendet wird, der eine Übertragungskennlinie mit beschränkter Bandbreite aufweist. Auch kann selbstverständlich mit Hilfe eines der Vorrichtung nach Fig, 4 vorgeschalteten Tiefpasses das frequenzmodulierte Signal in der Bandbreite beschränkt werden, derart, daß das Signal FM z. B, nur die Trägerwelle 1 und Komponenten mit niedrigeren Frequenzen enthält. In diesem Falle kann das Si-

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gnal FM als die Summe von drei sinusförmigen Signalen 1, 2 und 3 betrachtet werden. Dies^bedeutet, daß jede der Frequenzkomponenten 1,2 und 3 durch die Begrenzung im Begrenzer 13 ZU einer Impulsbreitenmodulation der Trägerwelle 1 führt. Hinzu kommt noch die Impulsbreitenmodulation durch die abgetrennte und verstärkte Komponente 2, die vorher zu dem Signal Fl in der Addierschaltung 12 addiert wird. Für die Impulsbreitenmodulation der Trägerwelle 1 durch die Frequenzkomponente 3 gilt ein Modulationsindex

V : ' : ' ^ne"^3rf . ·> -. : ν. .:· -

Dies bedeutet, daß analog der Formel (6) nach der Impulsbreitenmodulation die Amplitude der Störkomponente 3 gleich

1/2 η y 1/2 A₃ (7)

ist. Für die Impulsbreitenmodulation der Trägerwelle 1 durch die Frequenzkomponente 2 gilt ein Modulationsindex m = (1+K)A₂, was nach der Formel (2) eine Frequenzkomponente 6 in dem in der Impulsbreite modulierten Signal ergibt,· die der Formel ^- .

= J₂ (m) = J₂ [(1 +K) A₂] (8)

entspricht. Wenn(7) und (8) gleichgesetzt werden, wird als Bedingung; für eine vollständige Kompensation der Störkomponen te bei der Frequenz 2f~f_ erhalten: K - 0,4, während für die Amplitude A^ der Komponente 2¹ gilt: A₂ ¹;= 1/2;m -i- 0,7 ^₂*

Eine Abwandlung der oben angegebenen Möglichkeit kann dadurch erhalt en werden, daß:mit Hilfe des Bandfilters 11 nicht nur die Frequenzkomponente 2, sondern beide Frequenzkomponenten

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und 3 abgetrennt werden. Dies ist bestimmt zweckdienlich, wenn, beide Komponenten, was ihre Frequenzen anbelangt, einander nahe liegen. Analog den vorhergehenden Berechnungen kann dann wieder der Wert der Verstärkung K bestimmt wer-den, für den eine vollständige Kompensation der Störkomponente bei der Frequenz 2f -f erhalten wird, was die Bedingung K = 1 ergibt, \

Eine dritte Möglichkeit wird erhalten, wenn von einem frequenzmodulierten Signal FM an der Eingangsklemme 10 ausgegangen wird, das keiner Frequenzbeschränkung unterworfen worden ist, was bei Anwendung der Vorrichtung,nach Fig. 4 in einer Aufzeichnungsvorrichtung der Fall sein kann, während dieses Signal FBI dennoch endlich steile Flanken aufweist. Dies kann z. B. bei Anwendung eines FM-Modulators der Fall sein, der ein dreieckförmiges Ausgangssignal liefert. Würde dieses Signal FIiI einem symmetrischen Begrenzer zugeführt werden, so tritt gar keine Verschiebung der ITulldurchgänge und somit keine Impulsbreitenmodulation auf. Dies bedeutet, daß in der Vorrichtung nach Fig. 4 die Impulsbreitenmodulation lediglich durch die abgetrennte Frequenzkomponente 2 herbeigeführt wird, die dem Eingang 12b der Addierschaltung 12 zugeführt wird. Hach der annäherungsweise gefundenen Formel ('5)'V/ird in diesem Falle der Verstärker 15 einen Verstärkungsfaktor und den Wert 2 aufweisen müssen. Die Amplitude der Frequenzkomponente 2^s wird in diesem Falle zvsieimal der Amplitude der ursprünglichen Frequenzkomponente 2 entsprechen, weil ja diese ursprüngliche Frequenzkomponente 2 erhalten bleibt und zu dieser Komponente wird"die durch die Impulsbreitenmodulation bei dieser Frequenz entstandene Komponente derselben Größe addiert*

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Auch hier ergibt sichwieder die Möglichkeit, entweder nur die Frequenzkomponente 2 oder beide Frequenzkomponenten 2 und 3 mit Hilfe des Bandfilters 11 abzutrennen und dem Eingang 12b der Addierschaltung 12 zuzuführen»

Fig. 5 zeigt eine zweite sehr einfache Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, wobei !entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugsziffern wie in Pig, 4 bezeichnet sind. Das frequenzmodulierte Signal FM --wird der Ein gangs klemme 10 zugeführt, die mit einem Tiefpaß 16 verbunden ist. Es wird angenommen, daß das frequenzmodulierte SignalFM in bezug auf seine Bandbreite beschränkt ist, d. h., daß die oberen Seitenbänder unterdrückt sind. Der Tiefpaß weist eine Frequenzkennlinie mit einer Frequenz zwischen der Frequenz f. des Trägersignals 1 und der Frequenz 2f-f_ der Frequenzkomponente 3 des frequenzmodulierten Signals auf. Dadurch wird die Amplitude der Frequenzkomponenten 2 und 3 in bezug auf die der Trägerwelle 1 des frequenzmodulierten Signals geändert. Das Ausgangssignal dieses Tiefpasses 16 wird dann dem Begrenzer 13 zugeführt, wodurch die gewünschte Impulsbreitenmodulation erhalten wird. Durch passende Wahl der Frequenzkennlinie des Tiefpasses 16: kann dabei wieder erreicht werden, daß die Störkomponente bei .der Frequenz 2f_-f_ völlig eliminiert wird, so daß das Spektrum des am Ausgang 14zur Verfügung stehenden Signals FM₀ dem. in Fig.:3 gezeigten Frequenzspektrum entspricht. Fach der oben angegebenen annäherungsweisen Berechnung wird als Bedingung gefunden, daß die Trägerwelle um einen Faktor 2 in der Amplitude geschwächt .sein soll.

Das Verfahren nach der Erfindung schafft demzufolge die Möglichkeit 5 in einem frequenzmodulierten Signals insbesondere

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einem Signal mit niedriger Trägerfrequenz, die wichtigste Störkomponente zu -unterdrücken. Wenn dabei an ein Übertragungssystem gedacht wird, bei dem ein Informationssignal auf einen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet und nachher wieder ausgelesen wird, kann das Verfahren nach der Erfindung sowohl beim Aufzeichnen als auch beim Wiedergeben der Information verwendet werden. Eine Aufnahme der Vorrichtung nach Fig. 4 oder.5 in die Aufzeichnungsvorrichtung bringt mit sich, daß auf den Aufzeichnungsträger endgültig das Signal FM aufgezeichnet wird. Dieses Signal kann nach Äuslesung ohne weiteres einem Frequenzdemodulator zugeführt werden und ergibt dann das ursprüngliche Informationssignal, in dem die normalerweise auftretende Moirestörung stark unterdrückt ist. Wird die Vorrichtung nach Pig. 4 oder 5 in die Auslesevorrichtung aufgenommen, so ist auf den Aufzeichnungsträger das normale frequenzmodulierte Signal FM.aufgezeichnet. Das ausgelesene Signal FM wird dann zunächst auf die angegebene Weise korrigiert, was das Signal FKL ergibt, das dann einem Frequenzdemodulator zugeführt wird. Wenn für die Frequenzdemodulation eine Schaltung verwendet wird, die als erste Stufe einen Begrenzer enthält, ist es einleuchtend, daß man diesen Begrenzer die Funktion des Begrenzers 13 in der Vorrichtung nach Fig. 4 oder 5 erfüllen lassen kann»

Es dürfte einleuchten, daß es zum Erhalten einer vollständigen Kompensation der Störkomponente von Bedeutung ist, die richtige Phasenbeziehung zwischen den unterschiedlichen Signalkomponenten aufrechtzuerhalten. Dafür müssen naturgemäß an die' Phasenkennlinien der verwendeten Filter bestimmte Anforderungen gestellt werden. Außerdem wird im. Idealfall das Amplitudenverhältnis zwischen den Frequenzkomponenten 2 und

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und der Trägerwelle 1 für jede mögliche Frequenz des modu- lierten Trägersignals innerhalb des Frequenzhubes den gewünschten Wert aufweisen müssen«: In bezug auf die Vorrichtung nach Fig. 5 würde dies bedeuten, daß die Amplitudenkennlinie des Tiefpasses 16 vorzugsweise einen geraden Teil mit einem frequenzunabhängigen Wert sowohl innerhalb des Frequenzbandes der Frequenzkomponenten 2 und 3 als auch innerhalb .des Frequenzhubes des Trägersignals 1 aufweisen soll. Es hat sieh jedoch herausgestellt, daß eine für die Praxiä ' genügend starke Unterdrückung der Störkomponente auch mit einer erheblich einfacheren Filterkennlinie erhalten werden kann. So ist als Tiefpaß in der Vorrichtung nach Fig. 5 ein Filter mit Butterworth-Thomson-Kennlinie zweiter Ordnung benutzt, mit dem völlig akzeptable Ergebnisse in bezug auf die Unterdrückung der Störkomponente erzielt wurden.

Claims

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Erfindungsanspruch

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1. Verfahren und Vorrichtung zur Herabsetzung von Interferenzkömponenten in einem frequenzmodulierten Signal, in dem wenigstens ein Modulationssignal mit Grundfrequenz als Frequenzmodulation einem Trägersignal zugesetzt ist, gekennzeichnet dadurch, daß das Trägersignal (1) durch die infolge des Modulationssignals in dem frequenzmodulierten Signal vorhandene untere Seitenbandkomponente erster Ordnung (2) in der Impulsbreite moduliert -wird

; (Fig. ι).. -. " .·. .; ; ..:. -. ': ^: . . ;. ;

2_# Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Modulationsindex bei der Impulsbreitenmodulation derart gewählt wird, daß das bei dieser Impulsbreitenmodulation entstandene untere Seitenband zweiter Ordnung (6) wenigstens annähernd die gleiche Größe wie das untere Seitenband zweiter Ordnung (3) des frequenzmodulierten Signals aufweist, das durch das Modulationssignal herbeigeführt

: wird (Fig. 1, 2).
3. Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Impulsbreitenmodulation dadurch erhalten wird, daß von einem wenigstens angenäherten Einseitenband-M-signal (Ε.,) mit endlich steilen Flanken ausgegangen und dieses Signal symmetrisch begrenzt wird (Fig. 1).

'A-* Verfahren nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß das in dem frequenzmodulierten Signal .E^ vorhandene Trägersignal (1) vor der Begrenzung selektiv geschwächt wird

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5. Verfahren nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß die im frequenzmodulierten Signal (E-) vorhandene untere Seitenbandkomponente erster Ordnung (3) vor der Begrenzung selektiv verstärkt wird (Fig. 1)*

6, Verfahren nach Punkt 5, gekennzeichnet dadurch, daß die selektive Verstärkung der unteren.Seitenbandkomponente erster Ordnung dadurch erhalten wird, daß diese Komponeh-

. te (3) von dem frequenzmodulierten Signal (E.,) abgetrennt; um einen vorher bestimmten Paktor verstärkt und " wieder zu dem frequenzmodulierten Signal(E₁) addiert

; wird (Pig. 1). - ^V \

' 7· Verfahren nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß von einem symmetrisch frequenzmodulierten Signal ausgegangen wird, daß von diesem Signal die untere Seitenbandkomponente erster Ordnung (3) abgetrennt und um einen . vorher bestimmten Paktor verstärkt wird, und daß dann die Impulsbreitenmodulation dadurch erhalten wird, daß diese verstärkte Unterseitenbandkomponente erster Ordnung zu , dem frequenzmodulierten Signal addiert und das Summensignäl symmetrisch begrenzt wird.
8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Punkt 1, '' ; ·:· .. gekennzeichnet dadurch, daß die Vorrichtung mit einer Modulationsvorrichtung versehen ist, mit deren Hilfe das Trägersignal durch die untere Seitenbandkomponente erster Ordnung in der Impulsbreite moduliert wird.
9. Vorrichtung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Modulationsvorrichtung eine Begrenzungsschaltung (13) zur symmetrischen Begrenzung des frequenzmodulierten Signals

·.'; -enthalt (Pig.. 4, 5).. _:Λ. - : ' . ' ' "'"

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10. Vorrichtung nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß sie mit einem Tiefpaß zum Unterdrücken von oberen Seitenban&komponenten des frequenzmodulierten Signale versehen ist, der der Begrenzungsschaltung vorgeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Punkt 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, daß die Modulationsvorrichtung mit einer der Begreßzungsschaltung (13) vorgeordneten Schwächungsschaltung (16) zum selektiven Schwächen des Trägersignals versehen ist (Pig. 5).

12_e Vorrichtung nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Sehv/ächungsschaltung (16) einen Tiefpaß mit einer zwischen der Frequenz der Unterseitenbandkomponente erster Ordnung (3) und der Frequenz des Trägersignals (1) liegenden Grenzfrequenz enthält (Fig. 1, 5).
13. Vorrichtung nach Punkt 9 oder 10, gekennzeichnet dadurch, ' daß die Modulationsvorrichtung mit einer der Begrenzungsschaltung vorgeordneten selektiven Verstärkervorrichtung zum selektiven Verstärken der unteren Seitenfrandkomponente erster Ordnung (3) versehen ist. .

14» Vorrichtung nach Punkt 13» gekennzeichnet dadurch, daß die Modulatiorisvorrichtung mit einer Addierschaltung (12), ersten Zuführungsmitteln zum Zuführen des frequenzmodulierten Signals (E^) zu dieser Addiervorrichtung, einem Bandpaßfilter (11) zur Abtrennung der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung (3) von dem frequenzmodulierten Signal (S-) und zweiten Zuführungsmitteln versehen ist, mit deren Hilfe dieso";'abgetrennte untere Seitenbandkomponente erster Ordnung (3) um einen vorher

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bestimmten Faktor verstärkt, der Addiervorrichtung (12) zugeführt wird (Fig. 4). ' ν
15. Vorrichtung für eine Videoaufzeichnungs- und/oder -wie-dergäbevorrichtung, bei der für die Aufzeichnung ein zusammengesetztes Farbvideosignal, das ein Leuchtdichtesignal und ein einer Farbhilfsträgerwelle aufmoduliertes Farbartsignal enthält, als Frequenzmodulation einem Trägersignal zugesetzt wird, und bei Wiedergabe durch Frequenzdemodulation dieses Farbvideosignal wiedergewonnenί wird, wobei diese Vorrichtung für die Herabsetzung mindestens einer störenden Interferenzkomponente bestimmt ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorrichtung mit einer
Modulationsvorrichtung versehen ist, mit deren Hilfe das Trägersignal mit der von der modulierten Hilfsträgerwel-Ie im frequenzmodulierten Signal herbeigeführten unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung in der Impulsbreite moduliert wird. · ...

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