DE1908247B2

DE1908247B2 - Schaltungsanordnung zur verringerung von stoerungen hoeherer frequenz (rauschen) in breitbandigen elektrischen signalen insbesondere fernsehsignalen

Info

Publication number: DE1908247B2
Application number: DE19691908247
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 6100 Darm Stadt Rädecke
Original assignee: Fernseh GmbH
Current assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Priority date: 1969-02-19
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1971-03-04
Also published as: GB1246243A; DE1908247A1; FR2031520A1; NL7002274A; FR2031520B1; US3602737A; BE745949A

Description

Elektrischen Signalen sind häufig Störungen überlagert, die bei geringer Signalintensität durch statistische Verteilung der Elementarquanten des Signalstromes verursacht werden. Die Energie dieser Störungen ist um so größer, je breiter das Frequenz band des elektrischen Signals ist. Bei Fernsehsignalen, die eine Bandbreite von mehreren Megahertz haben, äußern sich diese Störungen (Rauschen) bei der Wiedergabe als unruhiger Hintergrund des Fernsehbildes. Die Störamplitude kann dabei innerhalb des Frequenzbereiches des Signals durchgehend die gleiche Amplitude aufweisen. In vielen Fällen nimmt die Störamplitude mit der Frequenz zu (sogenanntes dreieckförmiges Rauschen) und tritt daher in den höheren Frequenzbereichen des breitbandigen Signals besonders stark in Erscheinung.

Um die Auswirkung dieser Störungen in Fernsehgeräten zu verringern, ist es bereits bekannt, das Übertragungsmaß des Gerätes für die höherfrequenten Signalanteile von der Signalamplitude in der Weise abhängig zu machen, daß das Übertragungsmaß geringer ist, wenn das Signal keine oder nur kleine höherfrequenten Anteile enthält, als im Falle, daß höherfrequente Anteile mit größerer Amplitude im Signal vorhanden sind (britische Patentschrift 685 483).

Es ist auCh schon bekannt, daß die Störungen in einem breitbandigen Signal verringert werden können, wenn vom Nutzsignal eine kohärente Störmodulation subtrahiert wird. Diese kohärente Störmodulation läßt sich nur aus dem gestörten Nutzsignal gewinnen. Für den eingangs erwähnten Fall des dreieckförmigen Rauschens im Störsignal genügt es dabei, die Störmodulation aus dem höheren Frequenzbereich des breitbandigen Nutzsignals abzuleiten.

Bei einer Schaltungsanordnung zur Verringerung von Störungen höherer Frequenz (Rauschen) in breitbandigen elektrischen Signalen, insbesondere Fernsehsignalen, bei welcher das Übertragungsmaß für die höheren Signalfrequenzen mit kleiner Amplitude kleiner ist als für höhere Signalfrequenzen mit großer Amplitude, ist erfindungsgemäß eine Einrichtung vorgesehen, welche die höheren Signalfrequenzen in einen Bereich kleiner, unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegender Amplitude, die vorzugsweise etwa der Amplitude der Störungen entspricht, und einen Bereich oberhalb dieses vorgegebenen Wertes aufteilt. Der Bereich kleiner Signalamplituden wird von dem breitbandigen Signal, gegebenenfalls naCh Pegel- und Laufzeitausgleich, subtrahiert und dem so gebildeten Differenzsignal der Bereich oberhalb des vorgegebenen Wertes in geeignetem Verhältnis additiv zugesetzt.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden somit die Signalanteile kleiner Amplitude, die etwa dem Amplitudenbereich des Störsignals entsprechen, im höheren Frequenzbereich des Signals von diesem subtrahiert und kompensieren die in diesem enthaltenen kohärenten Störsignalanteile. Diese Kompensation ist vollkommen, wenn im ursprünglichen Signal keine hochfrequenten Anteile des Nutzsignals enthalten sind. Dies ist dann der Fall, wenn das Fernsehsignal Bildteilen entspricht, die eine gleichmäßige Helligkeit oder nur langsame Änderungen der Helligkeit aufweisen. Für die höherfrequenten Anteile des Bildsignals, welche detailreichen Bildteilen mit plötzlichen Helligkeitssprüngen entsprechen, ist die Störungsunterdrückung nur unvollkommen. Trotzdem ist die mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erzielbare visuelle Verringerung der Störungen in einem Fernsehbild sehr wirksam, da plötzliche Helligkeitsübergänge in der Regel nur einen kleinen Teil der Fläche des Fernsehbildes einnehmen.

Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auCh für die Verringerung der Störungen bei Farbfernsehsignalen, wenn bei diesen

ίο auch die Störungen im Bereich der Farbträgerfrequenz vermindert werden. Diese höherfrequenten Störungen werden bekanntlich bei der Decodierung in einen niedrigen Frequenzbereich transponiert und liegen dann im Bereich hoher Störbewertung, insbesondere auch deshalb, weil diese Störungen dann farbig wiedergegeben werden.

Durch das Hinzufügen des von den Störungen befreiten höherfrequenten Signalanteils zu dem Differenzsignal wird der durch die Störungsunterdrückung verursachte Informationsverlust zumindest teilweise wieder wettgemacht.

Die Erfindung wird nunmehr mit Hilfe der Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren genauer erläutert. Von diesen zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung als Blockschaltbild,

F i g. 2 a bis 2 f die Änderungen, die ein Signalsprung in den einzelnen Stufen der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 erfährt,

F i g. 3 ein bevorzugtes Schaltungsbeispiel für eine Einrichtung zur amplitudenmäßigen Aufteilung des Signals gemäß der Erfindung.

In F i g. 1 wird das bei 1 der Schaltungsanordnung zugeführte breitbandige, mit Störungen behaftete Signal auf zwei Signalwege aufgeteilt, von denen der eine das Signal mit voller Bandbreite überträgt, während über den zweiten Weg nur die höheren Frequenzen des Signals geleitet werden. Dieser Signalweg enthält hierzu einen HoChpaß oder einen Bandpaß 2, der nur Frequenzen oberhalb einer bestimmten Grenzfrequenz, im Falle eines Fernsehsignals z. B. über 2 MHz, oder einen Bereich höherer Frequenzen, im Falle eines Fernsehsignals z. B. von 2 bis 5 MHz, hindurchläßt. Der hochfrequente Anteil des Signals gelangt anschließend in eine Einrichtung 3, welche eine amplitudenmäßige Aufteilung des hochfrequenten Signalanteils in einen Bereich kleiner Amplituden unterhalb eines vorgegebenen Wertes und einen Amplitudenbereich oberhalb dieses Wertes vornimmt.

Der vorgegebene Wert soll etwa der mittleren Störamplitude in dem betreffenden Frequenzbereich des Signals entsprechen.

Der Amplitudenbereich der höherfrequenten Signalanteile unterhalb des vorgegebenen Wertes wird nunmehr in einer Subtraktionsstufe 4 von dem Signal mit voller Bandbreite subtrahiert. Damit die beiden Signale amplitudenmäßig und zeitlich einander entsprechen, ist im Weg des breitbandigen Signals ein Verstärker 5, vorzugsweise mit einstellbarer Verstärkung, und im Bedarfsfalle eine Verzögerungseinrichtung 6 zum Laufzeitausgleich vorgesehen.

Wenn im Frequenzspektrum des Eingangssignals keine wesentlichen Anteile mit höherer Frequenz enthalten sind, so gelangen über das Filter 2 und die Einrichtung 3 lediglich die Störungen im höherfrequenten Bereich des Signals zur Subtraktionsstufe 4 und kompensieren dort die Störanteile in dem breitbandigen Signal, vorausgesetzt, daß die Störsignale in

beiden Kanälen bezüglich Amplitude und Phase kohärent sind, was durch Einstellung der Verstärkung des Verstärkers 5 und gegebenenfalls der Laufzeit durch die Verzögerungseinrichtung 6 erreicht werden kann.

Bei einem Fernsehsignal liegt der vorstehend beschriebene Fall, bei welchem das Signal im höherfrequenten Bereich im wesentlichen nur das Störsignal enthält, dann vor, wenn das Fernsehsignal Bildflächen gleichmäßiger oder nur langsam sich ändernder Helligkeit entspricht. In diesem Falle tritt eine vollständige Auslöschung der Störungen im oberen Frequenzbereich des Fernsehsignals ein, so daß dieses nur mehr die Störungen bei niedrigen Frequenzen mit entsprechend geringerem Energieinhalt gegenüber dem Störsignal im gesamten Frequenzbereich enthält. Dies ergibt eine wesentliche Verringerung der Störwirkung in entsprechenden Teilen des Fernsehbildes.

Wenn das Frequenzspektrum des Eingangssignals auch Anteile im Bereich der höheren Frequenz enthält, so werden durch die Einrichtung 3 und die Subtraktionsstufe 4 auch die unter dem vorgegebenen Wert (Begrenzungsniveau) liegenden Anteile des Nutzsignals unterdrückt. Diese fehlen daher im Ausgangssignal der Subtraktionsstufe 4, was einen gewissen Informationsverlust bedeutet. Um diesen Informationsverlust wenigstens teilweise auszugleichen, werden die oberhalb des vorgegebenen Amplitudenwertes liegenden Signalanteile im höheren Frequenzbereich des Signals in einer Addierstufe 7 dem Ausgangssignal nach der Subtraktionsstufe hinzugefügt, so daß sie im Ausgangsansdiluß 9 der Schaltungsanordnung wieder vorhanden sind.

Dies soll mit Hilfe der F i g. 2 näher erläutert werden, welche für einen Signalsprung mit einer im höheren Frequenzbereich des Signals liegenden Anstiegszeit die in den einzelnen Stufen der Schaltungsanordnung auftretenden Signalformen schematisch zeigt. In F i g. 2 a stellt 11 den Verlauf des Nutzsignals dar, welches mit einer hochfrequenten Störung mit dem Spitzenwert 2 A symmetrisch zum Nutzsignal überlagert ist. Das Filter2 (Fig. 1) läßt nur die hochfrequenten Anteile des Frequenzspektrums des Signalsprungs hindurch. Dies entspricht etwa einer zweimaligen Differenzierung des Signalsprunges, der nach dem Filter daher die Form von Fig. 2b aufweist. In F i g. 2 b ist auch das Begrenzungsniveau des doppelseitigen Amplitudenbegrenzers der Einrichtung 3 eingezeichnet, der voraussetzungsgemäß etwa der Amplitude der Störungen im Signal nach F i g. 2 a entsprechen soll. Das Signal nach F i g. 2 b wird durch die Einrichtung in der in den F i g. 2 c und 2 d dargestellten Art verformt. F i g. 2 c zeigt das Signal unterhalb des vorgegebenen Wertes, 2d das Signal oberhalb dieses Wertes der Einrichtung 3. Man erkennt aus F i g. 2 c, daß im Bereich des Signalsprunges keine Störungen mehr vorhanden sind, sondern nur mehr außerhalb dieses Bereiches. Diese verbleibenden Störungen kompensieren in der Subtraktionsstufe 4 die kohärenten Störungen im breitbandigen Signal. Ferner erkennt man, daß die höherfrequenten Anteile des Signalsprungs im Amplitudenbereich oberhalb des vorgegebenen Wertes der Einrichtung 3 durch die Amplitudenbegrenzung abgeschnitten werden und daher im Ausgangssignal der Subtraktionsstufe nur teilweise fehlen. Diese Anteile sind jedoch in dem Signal oberhalb des Begrenzungswertes der Einrichtung 3 vorhanden, wie F i g. 2 d erkennen läßt. Diese Signalanteile enthalten auch die ihnen überlagerten Störungen. Fig. 2e zeigt das Signal nach der Subtraktionsstufe 4. Man sieht, daß sich die Störungen außerhalb des Bereiches des Signalsprungs kompensieren, so daß nur mehr das reine Nutzsignal 15 verbleibt.

Am Anfang und Ende des Signalsprungs sind jedoch die Störungen nach wie vor vorhanden. In F i g. 2 f ist schließlich das Signal am Ausgang 9 der

ίο Schaltungsanordnung nach Fig. 1 dargestellt, das dadurch entsteht, daß zu dem Signal nach F i g. 2 e die hochfrequenten Signalanteile oberhalb des Begrenzungswertes nach Fig. 2d addiert werden. Man erkennt, daß der durch die Amplitudenbegrenzung und Subtraktion im höherfrequenten Signalanteil verursachte Informationsverlust zum Teil wieder wettgemacht wird. Die Störungen im Bereich des Signalsprungs sind jedoch nach wie vor vorhanden. Wie schon an früherer Stelle ausgeführt, sind diese im Falle eines Fernsehsignals auf relativ kleine Bereiche der Bildfläche mit vielen Bilddetails und plötzlichen Helligkeitsübergängen beschränkt und treten daher in diesen Bereichen nicht mehr wesentlich in Erscheinung. Im ganzen gesehen, läßt sich daher mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine sehr wirksame Verbesserung des Störabstandes in einem Fernsehbild erreichen.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung 3 zur amplitudenmäßigen Trennung des Signals in einem Amplitudenbereich unterhalb und einem Amplitudenbereich oberhalb eines vorgegebenen Wertes. Die Schaltung enthält zwei Transistoren mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, z. B. 31 vom PNP-Typ und 32 vom NPN-Typ. Der hochfrequente Signalanteil wird den Emittern der beiden Transistoren mit gleicher Signalamplitude, jedoch mit verschiedenem mittlerem Potential gegenüber den Basen der Transistoren zugeführt. Hierzu kann den Transistoren 31 und 32 ein weiterer Transistor 33, der als Verstärker wirkt, vorgeschaltet sein. Der Basis dieses Transistors 33 wird vom Eingang 12 der hochfrequente Signalanteil zugeführt. In den Emitterkreis des Transistors 33 ist ein Widerstand 34 zur Gegenkopplung und Stabilisierung eingefügt. Der Kollektorkreis enthält einen vorzugsweise einstellbaren Widerstand 35, der durch einen Kondensator 36 für die Signalfrequenz überbrückt ist, und einen weiteren Widerstand 37. Die Emitter der beiden Transistoren 31 und 32 sind an die Enden des einstellbaren Wider-Standes 35 angeschlossen und erhalten somit das gleiche am Kollektorwiderstand 37 auftretende Signal. Durch den Gleichstromanteil dieses Signals tritt am Widerstand 35 ein Spannungsabfall auf, der Widerstand 35 erzeugt dadurch die Potentialfrequenz zwisehen den Signalmittelwerten. Diese entspricht dem vorgegebenen Wert der Anordnung und kann durch den Widerstand 35 auf den gewünschten Wert eingestellt werden. Das in der Mitte zwischen dem mittleren Wert des Emitterpotentials der Transistoren 31 und 32 liegende Potential der Basen der Transistoren

31 und 32 wird durch den aus zwei gleich großen Widerständen 38 und 39 bestehenden Spannungsteiler hergestellt. Ein Kondensator 40 legt die Basen der Transistoren 31 und 32 hochfrequenzmäßig an Masse.

An den Emittern der beiden Transistoren 31 und

32 wird das amplitudenbegrenzte Signal unterhalb des Schwellwertes der Einrichtung abgenommen. Die

oberhalb dieses Schwellwertes liegenden Signalanteile lassen sich an den Kollektoren der beiden Transistoren 31 und 32 abnehmen, welche durch den Kondensator 41 für die Signalfrequenzen verbunden sind und über die Kollektorwiderstände 42 bzw. 43 an den Betriebsspannungen liegen. Die Transistoren 31 und bewirken somit gleidhzeitig die amplitudenmäßige Auftrennung des Signals in dem Bereich unterhalb und einem Bereich oberhalb des vorgegebenen Wertes. Das Bezugsniveau für die Amplitudenbegrenzung und die Ansprechschwelle für die Signalamplituden sind daher zwangläufig einander gleich und gemeinsam durdh den Widerstand 35 einstellbar.

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Verringerung von Störungen höherer Frequenz (Rauschen) in breitbandigen elektrischen Signalen, insbesondere Fernsehsignalen, bei welcher das Übertragungsmaß für die höheren Signalfrequenzen mit kleiner Amplitude kleiner ist als bei höheren Signalfrequenzen mit größerer Amplitude, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, welche die höheren Signalfrequenzen in einen Bereich kleiner Amplitude unterhalb eines vorgegebenen Wertes, der vorzugsweise etwa der Amplitude der Störungen entspricht, und einen Bereich oberhalb dieses vorgegebenen Wertes aufteilt, daß der Bereich kleiner Signalamplituden von dem breitbandigen Signal, gegebenenfalls nach Laufzeit- und Pegelausgleich, subtrahiert wird und daß dem so gebildeten Differenzsignal der Amplitudenbereich oberhalb des vorgegebenen Wertes in geeignetem Verhältnis additiv zugesetzt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Ansprudh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (31, 32) enthält, deren Emittern die vorzugsweise durdh einen weiteren Transistor (33) verstärkten hochfrequenten Signalanteile mit verschiedenem, dem vorgegebenen Wert entsprechendem Gleichstrommittelwert zugeführt sind, wobei die Basen der Transistoren auf ein mittleres Potential zwischen den Gleidhstrommittelwerten gebracht sind, und daß die Signalanteile unterhalb des vorgegebenen Wertes von den Emittern und die Signalanteile oberhalb dieses Wertes von den Kollektoren der Transistoren (31, 32) abnehmbar sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (31, 32) der Einrichtung von einem Typ mit ausreichend hoher Schleusenspannung sind, vorzugsweise Siliziumtransistoren, so daß die Festlegung des vorgegebenen Wertes infolge der ausreichend hohen Schleusenspannung mit nur drei Widerständen (35, 38, 39) erfolgen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen