DE1057663B - Synchrondemodulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft verbesserte Verfahren und Einrichtungen zur Synchrondemodulation eines modulierten Unterträgers. Insbesondere betrifft die Erfindung Verfahren und Einrichtungen zur Synchrondetektion des Farbsignalinhalts 90°-phasenmodulierter Farbfernsehunterträger.

Vom Unterträgerprinzip macht man unter anderem auf dem Gebiet des Farbfernsehens Gebrauch, wo es darauf ankommt, sowohl den monochromen als auch den farbigen Inhalt eines Bildes gleichzeitig über ein bestimmtes Frequenzband zu übertragen. Dabei verfährt man in der Weise, daß man sich zur Trennung des Farbinhalts vom monochromen Bildinhalt eines Farbunterträgers bedient, dem man die den Farbinhalt verkörpernden Signalkomponenten auf moduliert. Zur empfangsseitigen Wiedergewinnung des Farbinhalts aus dem Unterträger benutzt man sodann das Verfahren der Synchrondemodulation, mit dem sich die vorliegende Erfindung befaßt.

Ehe man sich der Erfindung und ihrer speziellen Anwendungsmöglichkeit bei der Synchrondemodulation von Farbunterträgern in Farbfernsehsystemen zuwendet, empfiehlt es sich, zunächst einmal sich die Beschaffenheit des eigentlichen Farbfernsehsignals zu vergegenwärtigen, damit alsdann Zweck und Wesen der Erfindung anschaulicher verstanden werden können.

Das Prinzip des Farbfernsehens besteht darin, daß auf dem Empfängerbildschirm nicht nur die Luminanz oder Helligkeit, sondern auch die Farbtöne und die Farbsättigungen des von der Aufnahmekamera abgetasteten Originalbildes wiedergegeben werden. Luminanz, Farbton und Farbsättigung sind voneinander unabhängige, mit dem Farbeindruck verbundene Eigenschaften. Und zwar ist die Luminanz, technisch gesehen, diejenige Eigenschaft, die mit Hilfe von gewohnlichen Schwarzweißfernsehsystemen übertragen wird; sie läßt sich in einer von Schwarz bis zum maximalen Weiß reichenden Helligkeitsskala einstufen. Der Farbton ist diejenige Eigenschaft, auf Grund deren sich die Farben in verschiedene Kategorien, z. B. Rot, Grün, Gelb, Blau usw., einteilen lassen. Die Farbsättigung ist ein Ausdruck für die Abweichung der betreffenden Farbe von Grau oder einem anderen neutralen Farbton gleicher Helligkeit. Blasse oder Pastellfarben sind z. B. sehr viel weniger gesättigt als tiefe oder lebhafte Farben. In gewissem Sinne kann man die Farbsättigung auch als einen Ausdruck für die physikalische Reinheit der betreffenden Farbe, d. h. ihre Freiheit von Verdünnung mit Weiß auffassen.

Es ist allgemein bekannt, daß visuelle Eindrücke jeglicher Helligkeit und Farbtönung sich großenteils dadurch reproduzieren lassen, daß man Licht von nur drei Grundfarben, und zwar gewöhnlich Rot, Grün Synchr ondemo dulator

Anmelder:

Radio Corporation of America,
New York_r N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentauwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. April 1954

Albert Macovski, Massapequa₁ N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

und Blau, mischt. Die Farbanpassung durch Mischung dreier verschiedenfarbiger Lichtreize stellt in der Tat die Grundlage für eine Reihe von wichtigen Verfahren zur Farbmessung dar. Allerdings lassen sich auf diese Weise mit echten Grundfarbenreizen nicht alle Farbtöne in voller Sättigung wiedergeben. Die Farben selbst, und zwar sämtliche überhaupt möglichen Farben, lassen sich — wenn einmal die drei Grundfarben so gewählt sind, daß je zwei von ihnen die Darstellbarkeit der dritten ausschließen — eindeutig dadurch definieren, daß man die für die Wiedergabe der einzelnen Farben erforderlichen Grundfarbenbeträge angibt. Die Helligkeit einer Farbe ist gleich der Summe der Helligkeiten derjenigen Grundfarbenanteile, die für die Darstellung der betreffenden Farbe benötigt werden. Da die Summe der Grundfarbenanteile selbst in jedem Fall gleich Eins sein muß, läßt sich die Chromatizität oder Farbe auch eindeutig dadurch definieren, daß man zwei der Grundfarbenanteile in Bruchteilen der Gesamtsumme Eins angibt, woraus der Wert des dritten Anteils von selbst folgt.

Die farbigen Bilder können sodann mit Hilfe von additiven Methoden elektrisch übertragen werden. Und zwar kann dies in "der Weise geschehen, daß nicht nur das von einem Objekt aufgenommene Licht in einzelne Bildpunkte zerlegt wird, wie es beim normalen Abtastverfahren der Fall ist, sondern daß zugleich der Lichtinhalt der einzelnen Bildpunkte auf elektrischem Wege in bestimmte Grundfarbenanteile zerlegt und auf diesem Wege ein Signal gewonnen wird, das sämt-

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liehe drei Grundfarbenkomponenten verkörpert. Das farbige Bild kann sodann an einem weit entfernten Punkt dadurch reproduziert werden, daß es aus einer Grundfarbensignalfolge in geeigneter Weise wieder zusammengesetzt wird. Um diesen Vorgang zu verstehen, muß man sich zunächst klarmachen, von welcher Art die übertragenen Signale sind. Die für Farbfernsehübertragungen verwendeten Signale sind bestimmten Normen angepaßt. Die genaue Beschaffenheit des Farbfernsehsignals wird an späterer Stelle im einzelnen erörtert werden. Zunächst einmal kommt es darauf an, wichtige Begriffe einzuführen, an Hand deren die Notwendigkeit und Nützlichkeit der vorliegenden Erfindung ersichtlich wird.

Das zu übertragende Farbfernsehsignal muß zahlreichen Erfordernissen genügen. Und zwar muß es zunächst einmal das Kriterium der Verträglichkeit erfüllen; d. h., das in einem Farbfernsehsystem erzeugte Signal muß jederzeit auch mit Hilfe von gewöhnlichen Schwarzweißempfängern empfangen werden können. Sodann muß ein Verfahren geschaffen werden, mit dessen Hilfe sich aus dem Ausgangssignal der Farbfernsehaufnahmekamera ein Helligkeitssignal gewinnen läßt. Dazu könnte man an sich das Ausgangssignal lediglich einer der drei Grundfarben-Kameraröhren heranziehen; jedoch würde man bald feststellen, daß ein solches Verfahren insofern unbefriedigende Ergebnisse liefert, als bestimmte Farben auf den Bildschirmen von Schwarzweißempfängern in unpassenden Grautönen erscheinen würden. Würde man z. B. das von der grünen Kameraröhre gelieferte Signal zur Steuerung eines Schwarzweißempfängers heranziehen, so würde man feststellen, daß sowohl lippenrote als himmelblaue Farbtöne im Schwarzweißbild deshalb zu dunkel erscheinen, weil die grüne Aufnahmeröhre auf rotes oder blaues Licht nur sehr wenig anspricht.

Dieser Nachteil läßt sich jedoch dadurch beseitigen, daß man die von der Rot-, Grün- und Blau-Kameraröhre gelieferten Signale in solchen proportionalen Anteilen zusammensetzt, wie es den jeweiligen Helligkeiten der einzelnen Grundfarben entspricht. Auf diese Weise kann man ein annehmbares Helligkeitssignal erzeugen. Die drei für die Farbfernsehnorm vorgeschlagenen Grundfarben erscheinen deshalb nicht mit der gleichen Helligkeit, weil sie an verschiedenen Stellen des Spektrums angeordnet sind und folglich das Helligkeitsempfinden in verschieden starkem Maße reizen. Sind die drei Grundfarben im richtigen Verhältnis so miteinander gemischt, daß normales weißes Tageslicht entsteht, so umfaßt, wie sich herausgestellt hat, der grüne Anteil, der in der Mitte des sichtbaren Spektrums liegt, 59°/o des Helligkeitseindruckes, wohingegen der rote Anteil lediglich 30% und der blaue Anteil sogar nur 11% ausmacht. Dementsprechend wird durch das Kameraröhrensystem ein Helligkeitssignal erzeugt, das ein durch die Gleichung

F = 0,301?+ 0,59 G+ 0,115 (1)

darstellbares Helligkeits- oder F-Signal liefert. Dieses Signal soll den bestehenden Abtastnormen genügen und hinsichtlich der Bandbreite und der Hinzufügung von Synchronisations- und Austastimpulsen genau so behandelt werden wie ein genormtes Schwarzweißsignal.

Was nun die grundsätzliche Beschaffenheit der Farbfernsehsignale betrifft, so ist ohne weiteres klar, daß, wenn ein der Gleichung (1) gehorchendes Helligkeitssignal übertragen wird, die für die Farbbildröhre

benötigten roten, grünen und blauen Signale dadurch bereitgestellt werden können, daß man sogenannte Chrominanz- oder Farbdifferenzsignale in der Form R—Y, G—Y, B—Y überträgt. Miteinander vereinigt, zeigen diese Differenzsignale an, inwieweit jede Farbe in der ferngesehenen Szene von einer monochromen Farbe der gleichen Helligkeit abweicht. Es läßt sich jedoch zeigen, daß diese drei Farbdifferenzsignale nicht voneinander unabhängig sind und daß sich folglieh, wenn zwei von ihnen bekannt sind, das dritte errechnen läßt. Ist z. B., wie sich aus Gleichung (1) ergibt,

R-Y=OJOR-0,59 G-O₁IlB (2) 5-F=-0,30 i?-0,59 G+0,895 (3)

so läßt sich zeigen, daß das grüne Differenzsignal sich aus der folgenden Beziehung ableiten läßt:

G-Y=0,5l (R-Y)-0,18 (B-Y) (4)

Mithin läßt sich, wenn zwei Farbdifferenzsignale, z. B. die Signale nach Gleichungen (2) und (3), übertragen werden, das dritte Farbdifferenzsignal aus der Beziehung nach Gleichung (4) ableiten, und das Farbfernsehbild kann im Empfänger dadurch rekonstruiert werden, daß man diese Farbdifferenzsignale und das Luminanzsignal in angemessener Weise auswertet.

Die Verwendung der R—Y- und B— F-Signale liefert nur dann ein geeignetes Farbfernsehübertragungssystem, wenn diese Signale direkt an den Farbfernsehempfänger übertragen werden. Tatsächlich werden jedoch bei der Übertragung, wie an späterer Stelle gezeigt werden wird, zwei andere den Farbinhalt verkörpernde Signale, nämlich das 1- und das Q-Signal verwendet. Und zwar verkörpert das /-Signal den Farbinhalt der Orange-Zyanblau-Achse und das Q-Signal im wesentlichen den Farbinhalt der Grün-Purpur-Achse. Die Farbdifferenzsignale lassen sich ohne weiteres aus den I- und Q-Signalen gewinnen, sobald diese Signale selbst einmal demoduliert sind; oder sie können unmittelbar aus den Signal vorrichtungen gewonnen werden, die zur Übertragung der /- und Q-Signale dienen.

Das Problem besteht nun darin, ein geeignetes Verfahren zur Übertragung zweier verschiedener Farbsignalkomponenten zu finden. Dieses Problem wird in einfacher und sinnreicher Weise dadurch gelöst, daß man einen Farbunterträger viertelperiodenmoduliert. Die Farbunterträgerfrequenz ist so gewählt, daß sie 3,579 Megahertz beträgt. Die Bereitstellung zweier Trägerfrequenzen wird dadurch überflüssig gemacht, daß man sich der Zweiphasen-Viertelperiodenmodulationstechnik bedient, was der Verwendung zweier Träger von gleicher Frequenz und neunziggradigem Phasenabstand entspricht. Empfangsseitig kann die im zweiphasenmodulierten Unterträger enthaltene Nachricht auf bequeme Weise mit Hilfe des Verfahrens der Synchronmodulation, d. h. der Ausschwebung des modulierten Unterträgers mit zwei örtlich erzeugten Unterträgersignalen von der richtigen Phasenlage, wiedergewonnen werden. Da die örtlich erzeugten Unterträgersignale genau mit dem Sender synchronisiert sein müssen, wird während des auf jeden Horizontalsynchronisationsimpuls folgenden Zeilenrücklaufintervalls ein Synchronisationswellenzug von mindestens acht Unterträgerzyklen und in der richtigen Phasenlage bezüglich der zwei Farb-Signalkomponenten übertragen.

DieErfindung befaßt sich mit der Synchrondemodulation von Farbsignalen, die in einem Farbunterträger enthalten sind. Und zwar stellt die Synchrondemodulation eine der weiteren wichtigen Funktionen dar, die ein Farbfernsehempfänger auszuüben hat. Die Erfindung ist vorzüglich dazu geeignet, diese Funktion in einfacher und hochwirksamer Weise auszuüben. Die erfindungsgemäße Einrichtung hat ferner den Vorteil, daß, wenn sie ein Signal, das sowohl das Helligkeitssignal als auch den modulierten Farbunterträger ent- hält, zugeführt erhält, sie automatisch den Farbinhalt extrahiert, ohne das Luminanzsignal zu beeinflussen, und somit ein Helligkeitssignal plus einem Farbdifferenzsignal liefert, das die ursprüngliche Grundfarbenkomponente vollständig wiedergibt.

Bevor daran gegangen werden kann, die einzelnen Elemente sowie die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung auf die Verfahrenstechnik des Farbfernsehens zu beschreiben, muß zunächst der Haupterfindungsgedanke etwas näher erläutert werden.

Die Erfindung soll ein verbessertes und vereinfachtes Verfahren zur Synchrondemodulation von Signalnachrichten, die in einer für das Verfahren der Synchrondemodulation geeigneten Form in einem Unterträgersignal enthalten sind, aufzeigen. Beim Farbfernsehverfahren besteht die Hauptnachricht aus mehreren Farbsignalen, die einem Unterträger in der Weise aufmoduliert sind, daß jedes der Farbsignale mittels Synchrondemodulation unter Verwendung einer örtlichen Oszillatorschwingung von geeigneter Phasenlage wiedergewonnen werden kann.

Das Verfahren der sogenannten Synchrondemodulation darf nicht mit anderen Demodulationsverfahren, die gleichfalls dazu dienen, den Modulationsinhalt von einer übertragenen modulierten Schwingung abzutrennen, verwechselt werden. Das Verfahren der Synchrondemodulation setzt eine Sinusschwingung voraus, die mit voneinander unabhängigen Nachrichtensätzen, deren jedem eine bestimmte Phasenlage zugeordnet ist, moduliert ist. Die voneinander unabhängigen Nachrichtensätze können dadurch wiedergewonnen werden, daß man die modulierte Sinusschwingung mit einer Sinusschwingung der gleichen Frequenz und von einer Phasenlage, die der Phasenlage des zu demodulierenden Nachrichtensatzes entspricht, überlagert.

Es sind bereits verschiedene Synchrondemodulatorschaltungen bekannt. In einer dieser bekannten Schaltungen findet eine Pentode Verwendung, das zu demodulierende Signal wird dem Steuergitter, das Bezugssignal dem Bremsgitter zugeführt.

Ein weiterer bekannter Synchrondemodulator arbeitet mit einer Triode, deren Steuergitter das zu demodulierende Signal zugeführt wird, während das Bezugssignal über einen Transformator in den Kathodenkreis eingekoppelt wird. An der Anode kann dann das demodulierte Signal abgenommen werden. Schließlich ist auch eine mit einer Diode arbeitende Synchrondemodulatorschaltung bekannt, die Bezugsspannung wird der einen Elektrode und das zu demodulierende Signal der anderen Elektrode der Diode zugeführt. Das demodulierende Signal wird in einer nachfolgenden Stufe verstärkt.

Die bekannten Schaltungen besitzen den Nachteil, daß sie entweder teure Mehrgitterröhren oder Transformatoren benötigen oder relativ kleine Ausgangsspannungen liefern, so daß eine Nachverstärkung nötig ist. Außerdem läßt oft der Wirkungsgrad der Demodulation, d. h. der Prozentsatz, zu dem die aufmodulierte Information wiedergewonnen wird, zu wünschen übrig.

Durch die Erfindung soll ein Synchrondemodulator geschaffen werden, der einfach und billig im Aufbau ist, mit hohem Wirkungsgrad arbeitet und eine hohe Ausgangsspannung liefert.

Gemäß der Erfindung ist ein Synchrondemodulator, insbesondere zur Demodulation des Unterträgers in Farbfernsehempfängern, dem einerseits ein Bezugssignal einer gegebenen Frequenz und Phase und andererseits eine modulierte, die gleiche Frequenz wie das Bezugssignal besitzende Trägerwelle, welche eine Mehrzahl von Informationen trägt, die jeweils bestimmten Phasenlagen der Trägerwelle zugeordnet sind, zugeführt werden, gekennzeichnet durch einen im C-Betrieb arbeitenden Verstärker mit einer stromliefernden, einer steuernden und einer stromaufnehmenden Elektrode, wobei das Bezugssignal an der steuernden und der stromliefernden Elektrode und die Trägerwelle über mindestens einen Kondensator an der stromliefernden und der stromaufnehmenden Elektrode liegt, so daß die der Phase des Bezugssignals entsprechende Information zwischen der stromliefernden und der stromaufnehmenden Elektrode entsteht.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden. In den Zeichnungen bedeutet

Fig. 1 ein Vektordiagramm, das die Phasenbeziehungen zwischen den verschiedenen bei der Farbfernsehübertragung verwendeten Farbsignalen zeigt, Fig. 2 a das Luminanzspektrum,

Fig. 2 b das Q-Spektrum,

Fig. 2 c das /-Spektrum,

Fig. 3 das Prinzip der C-Verstärkung, mit deren Hilfe sich in einer Elektronenröhre mit dynamischer Kennlinie und einer negativen Gitterruhespannung, die wesentlich über den Verriegelungspunkt hinausreicht, eine Serie von Anodenstromimpulsen erzeugen läßt,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Farbfernsehempfängers mit der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 5 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 6 ein SchaltungsVorschlag für eine Anordnung, bei der mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung ein rotes, ein grünes und ein blaues Signal erzeugt werden können, und zwar in der Form, daß die erzeugten Signale direkt der Farbbildröhre zugeführt werden können,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Farbfernsehempfängers, bei dem eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehen ist, und

Fig. 8 eine Ausführungsform der Erfindung, die lediglich für die Demodulation der Chrominanznachricht bestimmt ist.

Eines der Grundprinzipien der Erfindung besteht darin, daß die Unterträgerschwingung, die die mittels des Synchrondemodulationsverfahrens zu gewinnende Nachricht enthält, durch eine nichtlineare Impedanz geleitet wird. Diese besitzt eine zeitlich veränderliche Impedanzkomponente, deren Frequenz und Phasenlage zu der zu demodulierenden Nachricht in geeigneter Beziehung stehen. Die Wirkungsweise einer derartigen Elementarschaltung wird am besten an Hand des folgenden Ausdrucks verstanden, in dem A und B zwei Ströme, die sich voneinander unabhängig mit der Zeit ändern, und m_c die Unterträgerfrequenz darstellen; in diesem Fall läßt sich der Unterträgerstrom durch die Gleichung

i=A cos co_ct+B cos (ω_εί+90°) (5)
darstellen. Um die ^4-Komponente herauszuholen, soll

das gesamte Signal (5) durch den zeitlich veränderlichen Widerstand R cos co_c t im Synchrondemodulator geleitet werden, so daß auf diese Weise die Spannung

e = R [A cos² (u_c t + B cos (ω₀ 1 + 90°) cos co_c t] = R

γ A + ~ A cos 2 ω_α t + ~ B cos 90' + B cos (2 ω„ f + 90°)

erzeugt wird.

Aus der Gleichung (8) wird ersichtlich, daß dank der Einwirkung des zeitlich veränderlichen Widerstandes die Komponente A unabhängig von der Komponente B, die am zeitlich veränderlichen Widerstand keine Spannung von wesentlicher Größe liefert und folglich nicht demoduliert worden ist, erhalten worden ist.

In dem Vektordiagramm nach Fig. 1 ist die Winkelphase ein Ausdruck für die Farbtönung, während die Unterträgeramplitude zusammen mit dem entsprechenden Luminanzpegel ein Ausdruck für die Farbsättigung ist. Weiße oder neutrale Farben liegen, da sie keine Unterträgerkomponente hervorrufen, im Zentrum des Diagramms. Die Chrominanz- oder Farbdifferenzsignale entsprechen jeweils Achsen oder Linien des Vektordiagramms. Zum Beispiel entspricht das R—F-Signal der Achsenlinie 23 und das B—F-Signal der Achsenlinie 25. Allerdings hat sich aus umfangreichen Versuchen ergeben, daß das menschliche Auge am meisten für solche Farbdifferenzen empfindlich ist, die der gegenüber der R— F-Achse 23 um 33° versetzten Achse 17 entsprechen. Die Achse 17 entspricht den Farben, die von Orange bis Zyanblau reichen. Es erscheint daher vernünftig, das Farbsystem so einzurichten, daß das /-Signal der orange-zyanblauen Achse 17, für die die größte Empfindlichkeit besteht, und das Q-Signal der zu dieser Achse senkrechten Achse, d. h. der Achse 21, zugeordnet ist. Die Winkelverschiebung dieser beiden Achsen, die wegen der eigentümlichen Empfindlichkeit des menschlichen Auges vorgenommen wurde, bringt keine allzu schwierigen Probleme für die Übertragung mit sich, nachdem sich zeigen läßt, daß I und Q, ausgedrückt durch die roten und blauen Farbdifferenzsignale, den Gleichungen

7=0,74 (R-Y)-0,27 {B-Y) (9)

0=0,48 (R-Y) +0,41 (B-Y) (10)

gehorchen.

Es ist ferner möglich, diese Gleichungen nach den I- und Q-Signalen sowie den roten und blauen Farbdifferenzsignalen aufzulösen, um damit zu zeigen, wie sich die roten und blauen Farbdifferenzsignale durch entsprechende Werte der I- und Q-Signale darstellen lassen, und zwar in der Form

R-Y = 0,967+0,62 Q (11)

B-Y= -1,107+1,70 Q (12)

Das grüne Farbdifferenzsignal kann durch Kreuzmischung der 7- und Q-Signale direkt nach der Gleichung

G-F= -0,28 7-0,64 Q (13)

erhalten werden.

Das nächste Problem besteht darin, die 7- und Q-Signale mit Hilfe eines Farbunterträgers, der eine Frequenz von 3,579 Megahertz hat, zu übertragen.

Fig. 2 a zeigt das Spektrum eines Bildsignals. Aus der Figur geht hervor, daß das Gesamtspektrum 28 in einem Bandbereich von etwas weniger als 4,5 Megahertz enthalten sein muß. Daraus folgt, daß, wenn der Farbunterträger moduliert und doppelte Seitenbänder entwickelt werden sollen, der für die doppelten Seitenbänder verfügbare Bandbereich lediglich um etwa V2 Megahertz über die Frequenz des Farbunterträgers hinausreicht. Dadurch ist für die Seitenfrequenzenergie eine obere Grenze gesetzt; jedoch ergibt sich nicht notwendig auch eine untere Grenze für die Seitenfrequenzenergie, da für die unteren Seitenfrequenzen ein Bandbereich, der bis etwa 2 Megahertz herabreicht, zur Verfügung steht. Unterhalb 2 Megahertz würden diese Seitenfrequenzen das Helligkeitssignal stören und ferner bestimmte Filterungsprobleme mit sich bringen.

Bei der Q-Komponente handelt es sich um ein Signal, das hauptsächlich die Grün-Purpur-Achse umfaßt und keine besonders wichtige Rolle bei der Randauflösung (Bildschärfe) spielt. Das Q-Signal erhält daher, wie in Fig. 2 b gezeigt, die Bandbreite 29; d. h., es besteht aus zwei Seitenbändern mit einer oberen Grenze von ungefähr Vs Megahertz, gerechnet von der Farbunterträgerfrequenz an, in beiden Richtungen. Die /-Komponente entspricht der Orange-Zyanblau-Achse; diese Komponente kann und muß wegen der Empfindlichkeitscharakteristik des menschlichen Auges eine erhöhte Randdefinition vorweisen. Da das/-Signal keine Farbseitenfrequenzanteile, die über 4,1 Megahertz hinausreichen, enthalten kann, ist es so ausgebildet, daß für Farbkomponenten bis zu ¹Ii Megahertz ein doppeltes Seitenband und für Farbkomponenten von etwa V2 bis IV2 Megahertz ein einzelnes Seitenband zur Verfügung steht. Auf diese Weise entsteht das /-Bandspektrum 30. Dank der Verwendung der 7- und Q-Signale für die Übertragung von Farbfernsehsignalinformationen ist der Empfänger in die Lage gesetzt, das übertragene Signal maximal auszuwerten und eine möglichst getreue Wiedergabe des farbigen Bildes zu liefern, wobei die Originaltreue der Wiedergabe eine Funktion derjenigen maximalen Bandbreite ist, die für das orange-zyanblaue Signal, das die Signalinformation längs der maximalen Empfindlichkeitsachse verkörpert, zur Verfügung steht, Jedoch ist es ohne eine übermäßige Herabsetzung der Wiedergabegüte des Farbfernsehbildes möglich, die drei Farbdifferenzsignale direkt aus dem Farbunterträger dadurch zu entnehmen, daß man Synchrondetektoren verwendet, die in ihrer Phasenlage auf die verschiedenen im Farbunterträger enthaltenen Farbdifferenzsignale abgestimmt sind. Die Farbdifferenzsignale und ihre Phasenlagen sind in Fig. 1 gezeigt. Mit Hilfe von geeigneten Resonanzverstärkern oder -filtern kann man die in den Farbdifferenzsignalen enthaltenen hochfrequenten Signalteile so anheben, daß ein völlig befriedigendes Farbfernsehbild entsteht.

Ehe der Schaltungsaufbau des Farbfernsehempfängers, in dem die Erfindung Verwendung finden soll,

erörtert werden kann, muß zunächst das Verhalten einer Elektronenröhre mit einer dynamischen Kennlinie 31, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, betrachtet werden. Es sei angenommen, daß der Röhre eine Gitterspannung 35, die über den Verriegelungspunkt 33 der dynamischen Kennlinie 31 hinausgreift, zugeführt werde und die Verriegelungsspannung sowie der Spitze-zu-Spitze-Wert der Gitterspannung so bemessen sein sollen, daß die Röhre während weniger als einer halben Periode Strom leitet, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Es handelt sich in diesem Fall um einen C-Verstärkungseffekt, als dessen Resultat in der Röhre eine Reihe von Anodenstromimpulsen 37 erzeugt werden. Diese Anodenstromimpulse fließen durch den Ausgangskreis, dessen Charakteristik bereits in der Form der dynamischen Kennlinie 31 berücksichtigt ist.

Da die in Fig. 3 gezeigten Anodenstromimpulse 37 aus komplexen Schwingungen zusammengesetzt sind, können sie durch Fouriersche Reihen folgender Gestalt dargestellt werden:

n=Q

(14)

In dieser Formel bedeutet co_e die Winkelfrequenz der Gitterwechselspannung und I_n die Größe der einzelnen Fourier-Koeffizienten für den Strom, wobei I₀ den Gleichstrom, I₁ die Grundschwingungskomponente, I₂ die zweite Harmonische usw. darstellt. Bekanntlich wird bei Stromimpulsen 37 nach der Art, wie in Fig. 3 gezeigt, die Hauptkomponente durch die erste Harmonische oder Grundschwingung gebildet und hat die zweite Harmonische je nach der zeitlichen Dauer der Stromimpulse eine entsprechend verringerte Große. Nimmt die zeitliche Impulsdauer pro Zyklus progressiv ab, so gewinnen die höheren Fourierkoeffizienten, d. h. die Komponenten oberhalb der Grundschwingung, mehr und mehr an Bedeutung.

Wird eine Elektronenröhre so erregt, daß die Wechselspannung einen im wesentlichen linearen Teil der dynamischen Kennlinie 31 aussteuert, so stellt die Röhre für die zugehörige Stufe eine im wesentlichen konstante Impedanz dar. Arbeitet die Röhre jedoch nach dem C-Verstärkungsprinzip, so daß Anoden-Stromimpulse nach der Art der in Fig. 3 gezeigten Impulse erzeugt werden, so wird die Rohre zu einem nichtlinearen Widerstand, dessen Impedanz eine Funktion der Gitteraussteuerung sowie des Ausmaßes, in dem die Röhre während eines Erregungszyklus verriegelt bleibt, ist.

Bei der vorstehenden Erörterung der Fig. 3 wurde vorausgesetzt, daß ein konstantes Anodenpotential an die Röhre angelegt wird. Ist in dem der Anodenstufe der Röhre direkt zugeführten Potential eine Wechselspannung enthalten, so ändert sich natürlich die Form der Anodenstromimpulse entsprechend. Unabhängig von der Frequenz irgendwelcher der Anode der Röhre zugeführter Spannungen erteilt jedoch die C-Verstärkung, entsprechend der dynamischen Kennlinie 31, der angelegten Anodenspannung eine periodisch schwankende Impedanzkomponente, wobei die Periode dieser Schwankungen durch die steuernde Gitterspannung35 bestimmt wird. Ist das an die Anode der Röhre angelegte Signal ein Träger, der eine für die Synchrondemodulation bei einer bestimmten Phasenlage ge-■eignete Nachricht enthält, und handelt es sich bei der steuernden Gitterspannung 35 um eine Schwingung, deren Frequenz gleich der Frequenz des Trägers ist und deren Phasenlage gleich der Phasenlage der Modulationsschwingung ist, so findet Synchrondemodulation statt, wobei der Modulationsinhalt des an der Röhre liegenden Trägers freigesetzt wird.

In Fig. 4 ist ein Farbfernsehempfänger mit den erfindungsgemäßen Einrichtungen gezeigt. Das vom Sender abgestrahlte Farbfernsehsignal wird von der Antenne 51 empfangen und dem Empfänger 53 zugeführt. Der Empfänger sorgt für die Hochfrequenzverstärkung, die Überlagerung, die Zwischenfrequenzverstärkung und die Demodulation des empfangenen Signals und liefert auf diese Weise das demodulierte Übertragungssignal. Das demodulierte Fernsehsignal wird dem Videoverstärker 55 zugeführt.

Das Fernsehsignal enthält außer der Farb- und Videonachricht auch den Toninhalt der Sendung. Der Toninhalt kann vom Bildinhalt auf bekannte Weise nach dem Tonzwischenträgerverfahren abgetrennt werden. Sodann wird der Toninhalt demoduliert und dem Tonverstärker 57 und von dort dem Lautsprecher 59 zugeführt.

In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist der Luminanzinhalt mit dem Farbinhalt zu einem zusammengesetzten Signal vereinigt, das aus dem Luminanzinhalt und dem Unterträger, dem in Viertelperiodenmodulation die /- und Q-Signale aufgeprägt sind, zusammengesetzt ist. Dieses zusammengesetzte Signal wird dem gleichstromgekoppelten Resonanzverstärker oder -filter 67 zugeführt. Die Stufe 67 besitzt eine Filteransprechkurve 89, deren Spitzenempfindlichkeit in der Nähe des Farbunterträgers liegt. Von der Stufe 67 wird das Signal unmittelbar dem Rotdemodulator 75, dem Gründemodulator 79 und dem Blaudemodulator 83 zugeführt. Bei diesen Demodulatoren handelt es sich um Synchrondemodulatoren, die lediglich dann arbeiten, wenn ihnen örtlich erzeugte Signale in der richtigen Phasenlage und von der Frequenz des Farbunterträgers zugeführt werden. Diese örtlich erzeugten Signale können einem Synchronisationsoszillator 71 entnommen werden, dessen Ausgangssignal dem Phasenspalter 73 zugeführt wird. Der Phasenspalter 73 zerlegt das Signal in drei Phasen, deren eine für die Synchrondemodulation der roten Signalkomponente, deren zweite für die Synchrondemodulation der grünen Signalkomponente und deren dritte für die Synchrondemodulation der blauen Signalkomponente geeignet ist. Zu beachten ist, daß es sich bei diesen Phasen lediglich um die in Fig. 1 gezeigten Phasen der Farbdifferenzsignale und nicht um die Phasen der Grundfarben selbst handelt. Dies hat seinen Grund darin, daß die Demodulatoren nicht nur dazu dienen, die Synchrondemodulation und folglich die Wiedergewinnung der drei Farbdifferenzsignale zu vollziehen. Vielmehr addieren die Demodulatoren die Farbdifferenzsignale automatisch zum Helligkeitssignal, das den Demodulatoren 75, 79 und 83 zur gleichen Zeit vom Videoverstärker 55 über den Resonanzverstärker 67 zugeführt wird, so daß die Demodulatoren direkt die drei Grundfarbensignale liefern, die sodann über geeignete Filterstufen der Farbbildröhre 63 zugeführt werden können. Auf Grund der in den Formeln (9) bis (13) enthaltenen Beziehungen können die Komponenten R-Y₁ B—Y und G-F direkt gewonnen werden, obwohl vom Sender her tatsächlich die I- und Q-Komponenten übertragen worden sind. Der Synchronisationsoszillator 71 muß, damit die am Ausgang des Phasenspalters 73 erscheinenden drei Signale genau die richtige Phasenlage haben, sehr exakt mit der Phase des senderseitig erzeugten Unterträgers synchronisiert sein. Für diese Synchronisation bedient man sich des in dem empfangenen Farbfernsehsignal

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enthaltenen Farbsynchronisationswellenzuges. InFig. 1 ist die Phasenlage dieses Wellenzuges durch den Pfeil 19 angedeutet.

Das Farbfernsehsignal wird direkt der Synchronisationswellenzugabtrennstufe 69 zugeführt. Zugleich wird dieses Signal der Ablenkstufe 61 zugeführt. Diese liefert nicht nur geeignete Ablenksignale für die Ablenkeinheiten 65, sondern zugleich eine Tastspannung, die der Trennstufe 69 zugeführt wird. Die Trennstufe 69 sorgt dafür, daß der Farbsynchronisationswellenzug automatisch vom Farbfernsehsignal abgetrennt wird. Der abgetrennte Wellenzug gelangt in den Oszillator 71 und sorgt für dessen Synchronisation. Der Oszillator 71 kann auf sehr verschiedene Weise arbeiten, und zwar mit Fremdsynchronisierung, impulserregten Schwingkreisen oder mit einer Regelung durch Reaktanzröhren in Verbindung mit Phasendiskriminatoren.

Xachdem die roten, grünen und blauen Grundf arbensignale mit Hilfe des Rotdemodulators 75, des Gründemodulators 79 und des Blaudemodulators 83 wiedergewonnen sind, kann das Rotsignal durch eine entsprechende Filterstufe 77, das Grünsignal durch eine entsprechende Filterstufe 81 und das Blausignal durch eine entsprechende Filterstufe85 geleitet werden. Jede dieser Filterstufen hat eine der Kurve 87 ähnliche Ansprechkurve, so daß die Farbunterträgerfrequenz weitgehend unterdrückt und die Neigung zum Auskriechen der Farben und damit zur Fleckenbildung im reproduzierten Bild vermindert wird.

Die Grundschaltung des Rotdemodulators 75 ist in Fig. 5 gezeigt. Und zwar wird das örtlich erzeugte Signal, dessen Phasenlage für die Synchrondemodulation des R— F-Signals geeignet ist, der Klemme 103 zugeführt. Dieses Signal wird über den Kondensator 109 auf das Gitter 119 der Elektronenröhre 115 geleitet. Zwischen dem Gitter 119 und der Kathode 118 ist ein Widerstandlll eingeschaltet. Der Kondensator 109 und der Widerstand 111 sorgen für eine automatische Vorspannung der Röhre in der Weise, daß die Röhre in C-Verstärkung arbeitet. Das zusammengesetzte Signal wird von Videoverstärker 55 und der Stufe 67 der Klemme 101 zugeführt und von dort über das 7?C-Netzwerk, das durch den Kondensator 105 und den Widerstand 107 gebildet wird, auf die Anode 117 der Röhre 115 gekoppelt.

Das zusammengesetzte, durch die Stufe 67 geformte Signal wird sodann der Anode 117 zugeführt. Dieses Signal enthält, wie erinnerlich, sowohl den Helligkeitsinhalt als auch den Farbunterträger, der den Chromatizitäts- oder Farbsättigungs- und Farbtönungsinhalt mit sich führt. In Fig. 5 enthält der Unterträger den gesamten Farbdifferenzinhalt, dessen einzelne Komponenten dem \'erfahren der Synchrondemodulation bei einer bestimmten Phasenlage unterzogen werden können. Wird das vom Phasenspalter 73 gelieferte Signal der Klemme 103 zugeführt und hat dieses Signal eine Phasenlage, die es für die Synchrondemodulation des R — Y-Signals geeignet macht, so fließt der das zusammengesetzte Signal verkörpernde Strom durch die Röhre. Als Folge davon findet Synchrondemodulation statt, so daß der Klemme 113 das demodulierte R— F-Signal erscheint. Da jedoch die Röhre 115 für das Luminanzsignal eine verhältnismäßig hohe Impedanz darstellt, erscheint das Luminanzsignal ebenfalls an der Klemme 113, deren Potential auf den Schaltungsnullpunkt bezogen ist. Da das Helligkeitssignal und das Farbdifferenzsignal an ein und derselben Klemme erscheinen, wird das Helligkeitssignal Y direkt zum Farbdifferenzsignal 663

R-Y addiert, so daß an diesem Punkt das Grundfarbensignal R selbst entsteht. Der restliche, die übrigen Farbdifferenzsignale betreffende Farbunterträgerinhalt passiert durch die Röhre 115, ohne eine nennenswerte Spannung zu erzeugen, und ist daher nicht in der an der Klemme 113 erscheinenden Nachricht enthalten. Die gewonnene Rotnachricht kann entweder direkt dem entsprechenden Rotgitter der Farbbildröhre 63 zugeführt oder durch ein Filter, das die gleiche Frequenzcharakteristik wie die Kurve 87 hat, geleitet und von dort auf das Rotgitter der Farbbildröhre 63 gekoppelt werden.

Einer der Vorteile der Schaltung nach Fig. 4 besteht darin, daß, da das zusammengesetzte Signal vom Videoverstärker unmittelbar gleichstromgekoppelt wird, d. h. seinen Gleichstrominhalt behält, keine Vorrichtungen zur Wiedereinführung der Gleichstromkomponente benötigt werden und das Signal von der Klemme 113 tatsächlich direkt dem Gitter der Bildröhre zugeführt bzw. vorher noch durch eine geeignete Stufe, die ein Auskriechen der Farben verhindert, oder durch Signalglättungsstufen geleitet werden kann und auf diese Weise das reproduzierte Farbfernsehbild auf dem Bildschirm der Röhre erscheint.

Fig. 6 zeigt das Verfahren der Gleichstromkopplung und die Grundschaltung für die Synchrondemodulation. Die Schaltung ist aus drei Synchrondemodulatoren nach Art der in Fig. 5 gezeigten Anordnung aufgebaut. Das Ausgangssignal des A^ideoendverstärkers 139 wird von der Anode 140 direkt dem Rotdemodulator 75, dem Gründemodulator 79 und dem Blaudemodulator 83 zugeführt. Wie man sieht, sind die Anoden der drei Demodulatoren mit dem Videoendverstärker 139 gleichstromgekoppelt. Die roten, grünen und blauen Signale erscheinen an den Klemmen 157,159 bzw. 161. Sie sind jeweils aus dem Helligkeitssignal und dem R—Y-, G—Y- bzw. B—Y-Signal zusammengesetzt.

Bei dem Farbfernsehempfänger nach Fig. 4 wird von einem Verfahren Gebrauch gemacht, das darin besteht, daß die einzelnen Farbdifferenzsignale gleichzeitig demoduliert werden, zu den demodulierten Signalen jeweils das Luminanzsignal hinzugefügt und auf diese Weise das entsprechende Farbsignal direkt erzeugt wird. Es kann sein, daß während des Verfahrens der Synchrondemodulation Verluste in der Amplitude des Luminanz- oder F-Signals auftreten und dadurch die effektive Amplitude des wiedergewonnenen Grundfarbensignals verringert wird.

Fig. 7 zeigt eine Schaltung, bei der die Farbdifferenzsignale voneinander unabhängig demoduliert und sodann der Farbbildröhre 63 zusammen mit dem unabhängig gelieferten Helligkeitssignal zugeführt werden. In dieser Schaltung sind die Wellenzugsynchronisations-, Videoverstärkungs- und Fernsehsignalempfängerstufen genau so aufgebaut und arbeiten in der gleichen Weise wie in der Schaltung nach Fig. 4. Jedoch wird in der Schaltung nach Fig. 7 das Luminanzsignal dem Videoverstärker 55 entnommen und über eine geeignete Verzögerungsleitung 189 direkt auf die Kathoden 192,194 und 196, die der Blau-, Grün- bzw. Rotsteuerung zugeordnet sind, gekoppelt. Die zusammengesetzte Farbnachricht wird durch das Chrominanzfilter 171 geleitet. Das Filter 171 unterdrückt sämtliche Signalkomponenten, die außerhalb des Bandes von ungefähr 2 bis 4,1 Megahertz liegen. Die erhaltene Chrominanznachricht, die im wesentlichen von der Luminanznachricht befreit ist, wird durch einen Chrominanzverstärker 173 geleitet und von dort gleichzeitig dem R— F-Synchrondetektor

Claims (4)

oder Demodulator 175, dem G— F-Demodulator 177 und dem B — F-Demodulator 179 zugeführt. Diese Demodulatoren liefern die demodulierten R— Υ-, G-Y- und Β— F-Signale, die sodann durch entsprechende Filter geleitet werden; jedes dieser Filter hat eine der Kurve 187 ähnliche Ansprechkurve. Die gefilterten R—Y-, G-Y- und B— F-Signale werden den Steuergittern 195,193 bzw. 191 der Farbbildröhre 63 zugeleitet. Erscheinen die Helligkeitssignale und die Farbdifferenzsignale auf den Kathoden bzw. Gittern der xo Farbbildröhre 63 in geeigneter Polarität, so addieren sich die drei Signalpaare zu den R-, G- und S-Signalen mit dem Resultat, daß auf dem Bildschirm der Farbbildröhre 63 das reproduzierte Fernsehbild erscheint. Dank dieser speziellen Schaltungsanordnung kann man das F- oder Luminanzsignal beliebig hoch verstärken und auf diese Weise Verluste in der Amplitude des F-Signals während des Verfahrens der Synchrondemodulation vermeiden. In Fig. 8 ist eine Grundschaltung für den Block 172 vorgeschlagen. Sie besteht aus dem Chrominanzverstärker 173 und dem R— F-Demodulator oder -Synchrondetektor 175. Die gefilterte Chrominanznachricht wird direkt der Gitterklemme201 der Chrominanzverstärkerröhre 203 zugeführt. Das Ausgangssignal der Röhre 203 erscheint an dem abgestimmten Schwingkreis 205. Die Synchrondemodulatorröhre 220, in deren Anodenkreis sich eine Koppelspule 207 und eine 3,58-Megahertz-Falle211 befinden, sorgt dafür, daß an der Klemme 213 das demodulierte R— F-Signal erscheint. Dieses R— F-Signal kann dem R— F-Filter 181 in Fig. 7 zugeführt, dort gefiltert und sodann auf das Gitter 195 der Farbbildröhre 163 gekoppelt werden. Es hat sich gezeigt, daß bei einer derartigen Schaltung, mit dem Chrominanzsignal an der Anode des Synchrondemodulators 220, der Videoausgang annähernd 80% des Chrominanzeinganges ausmacht, und zwar bei einem Wert von 22 000 Ohm für den Widerstand 209; es findet somit Anodendemodulation statt, und das Ausgangssignal ist eine Funktion des Produktes aus den Gitter- und Anodensignalen. Damit der Synchrondemodulator 220 einwandfrei arbeitet, soll die der Gitterklemme 215 in Fig. 8 zugeführte örtliche Oszillatorschwingung einen Spannungswert von annähernd 15 Volt, gemessen von Spitze zu Spitze, haben. Für den Kondensator 217 und den Widerstand 219- kommen dabei Werte von 0,01 Mikrofarad bzw. 2000 Ohm in Frage. Das demodulierte Farbdifferenzausgangssignal der in Fig. 8 gezeigten Schaltung reicht mehr als aus, um die Bildröhre in der Schaltungsanordnung nach Fig. 7, wo die Farbdifferenzsignale den Gittern und das Helligkeitssignal den Kathoden zugeführt wird, auszusteuern. Bei Versuchen sind Farbdifferenzsignale von bis zu 200 Volt, gemessen von Spitze zu Spitze, mit ausreichender Linearität erhalten worden. Die vorstehende Beschreibung beschränkt sich auf die Anwendungsmöglichkeit der Erfindung bei der Synchrondemodulation der Farbdifferenzsignale. Selbstverständlich kann jedoch die Erfindung, und ins- besondere die in Fig.8 gezeigte Schaltung, auch mit Erfolg für die Synchrondemodulation der /- und Q-Signale herangezogen werden, wobei die /- und Q-Signale sodann in einer geeigneten Matrix und Additionsstufe mit dem Luminanzsignal in der Weise vereinigt werden können, daß die roten, grünen und blauen Signalkomponenten erhalten werden. Patentansprüche:

1. Synchrondemodulator, insbesondere zur Demodulation des Unterträgers in Farbfernsehempfängern, dem einerseits ein Bezugssignal einer gegebenen Frequenz und Phase und andererseits eine modulierte, die gleiche Frequenz wie das Bezugssignal besitzende Trägerwelle, welche eine Mehrzahl von Informationen trägt, die jeweils bestimmten Phasenlagen der Trägerwelle zugeordnet sind, zugeführt werden, gekennzeichnet durch einen im C-Betrieb arbeitenden Verstärker mit einer stromliefernden (118), einer steuernden (119) und einer stromaufnehmenden (117) Elektrode, wobei das Bezugssignal an der steuernden und der stromliefernden Elektrode und die Trägerwelle über mindestens einen Kondensator (105) an der stromliefernden und der stromaufnehmenden Elektrode liegt, so daß die der Phase des Bezugssignals entsprechende Information zwischen der stromliefernden und der stromaufnehmenden Elektrode entsteht (Fig. 5).

2. Synchrondemodulator nach Anspruch 1 für einen Farbfernsehempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Demodulatoren vorgesehen sind, deren stromaufnehmende Elektroden über getrennte Netzwerke, die jeweils einen parallel geschalteten Widerstand (107) und Kondensator (105) enthalten, an das modulierte Trägersignal angeschlossen sind, und daß die Ausgänge (151, 157,159) der jeweiligen Demodulatoren zwischen den zugehörigen Netzwerken und stromaufnehmenden Elektroden abgenommen werden (Fig. 5, 6).

3. Synchrondemodulator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal mit jeweils verschiedener Phasenlage zwischen den Steuergittern und Kathoden von Trioden liegt.

4. Synchrondemodulator nachAnspruch2oder3, dadurch gekennzeichnet, daß mit den i?C-Netzwerken (105,107) sowohl eine Quelle für Farbdifferenzsignale als auch eine Quelle für Luminanzsignale angeschlossen ist und daß die Demodulatoren so ausgebildet sind, daß sie für die Luminanzsignale eine hohe Impedanz darstellen, so daß die demodulierten Farbdifferenzsignale und Luminanzsignale in den Ausgangskreisen der Demodulatoren vereinigt werden und die Grundfarbensignale entstehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
RCA-Review, Juni 1953, S. 205 bis 226;
Electronics, März 1954, S. 142 bis 145.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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