DE1908247C - Schaltungsanordnung zur Verringerung von Störungen höherer Frequenz (Rauschen) in breitbandigen elektrischen Signalen, ins besondere Fernsehsignalen - Google Patents

Description

Elektrischen Signalen sind hiiqfig Störungen überlagert, die bei geringer Signalintensität durch statistische Verteilung der Elementarquanten des Signalstronies verursacht werden. Die Energie dieser Störungen ist um so größer, je breiter das Frequenzhand des elektrischen Signals ist. Uei 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 vcnngern, ist es bereits bekannt, das Übertragungsmaß des Gerätes für die höherfrequenlen Signalanteile von der Signalamplitude in der to Weise abhängig zu machen, daß das Übertragungsmaß geringer ist, wenn das Signal keine oder nur kleine höherfrequenten Anteile enthält, als im Falle, tlaß höherfrequente Anteile mit größerer Amplitude im Signal vorhanden sind (britische Patentschrift <S85 483).

Eis ist auch schon bekannt, daß die Störungen in einem breitbandigen Signal verringert werden können, wenn vom Nutzsignal eine kohärente Störmodulation subtrahiert wird. Diese kohärente Störmodu- !ation läßt sich nur aus dem gestörten Nutzsignal gewinnen. Für den eingangs erwät .Hen Fall des dreicckförmigen 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 Fernschsignalen, bei welcher das Übertragungsmaß für die höheren Signalfrequenzen mit kleiner Amplitudc 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 Laufzcitausglcich. subtrahiert und dem so gebildeten Differcnzsignal 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 urspHtngliehen 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 höherfrequen- (cn Anteile des Bildsignals, welche detailreichen BiIdteilcn mit plötzlichen Helligkeitssprüngcn entsprechen, ist die Störungsunterdrückung nur unvoll kommen. Trotzdem ist die mit der erfindungsgemüUen Schaltungsanordnung erzielbare visuelle Verringerung der Störungen in einem Fernsehbild sehr wirksam, da plötzliche Helligkeitsübergänge in der Regel nur einen kleinen Teil der Fläche des Fern sehhildes einnehmen.

Besonders vorteilhaft ist die erlindungsgemüLW Schaltungsanordnung auch für die Verringerung der Störungen bei Farbfernsehsignal, wenn bei diesen 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, ins besondere auch des-halb, weil diese Störungen dann farbig wiedergegeben werden.

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

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

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung als Blockschaltbild,

Fig. 2a bis 2f 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 Fig. 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 Fcrnsehsignals 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 höherfrequentenSignalantcilc 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 breit' bandigen Signal, vorausgesetzt, daß die Störsignale in

heideii Kanälen bezüglich Amplitude und Phase erkennen läßt. Diese Sigmilanieile enthalten auch die

kohärent sind, was durch Einstellung der Verstärkung ihnen überlagerten Störungen. Fig. 2e zeigt das

des Verstärkers 5 und gegebenenfalls der Laufzeit Signal nach der Suhtraktionsstufe 4. Man sieht, daß

durch die Verzögerungseinrichtung 6 erreicht werden sich die Störungen außerhalb des Bereiches des

kann. 5 Signalsprungs kompensieren, so daß nur mehr das

Bei einem Fernsehsignal liegt der vorstehend be- reine Nutzsignal 15 verbleibt.

schriebene Fall, bei welchem das Signal im höher- Am Anfang und Ende des Signalsprungs sind frequenlen Bereich im wesentlichen nur das Stör- jedoch die Störungen nach wie vor vorhanden. In signal enthält, dann vor, wenn das Fernsehsignal Bild- Fig. 2f ist schließlich das Signal am Ausgang ¹J der Machen gleichmäßiger oder nur langsam sich ändern- io Schaltungsanordnung nach Fig. I dargestellt, das der Helligkeit entspricht. In diesem Falle tritt eine dadurch entsteht, daß zu dem Signal nach Fig. 2e vollständige Auslöschung der Störungen im oberen die hochfrequenten Signalanteile oberhalb des Be-Frequenzbcreich des Fernsehsignals ein, so daß dieses grenzungswertes na»^%h Fig. 2d addiert werden. Man nur mehr die Störungen bei niedrigen Frequenzen mit erkennt, daß der durch die Amplitudenbegrenzung entsprechend geringerem Energieinhalt gegenüber »5 und Subtraktion im höherfrequenten Signalanteil verdem Störsignal im gesamten Frequenzhereich enthält. ursachte Informationsverlust zum Teil wieder wett-Dies ergibt eine wesentliche Verringerung der Stör- gemacht wird. Die Störungen im Bereich des Signalwirkung in entsprechenden Teilen des Fernsehbildes. Sprungs sind jedoch nach wie vor vorhanden. Wie

Wenn das Frequenzspektrum des Eingangssignals schon an früherer Stelle ausgeführt, sind diese im

auch Anteile im Bereich der höheren Frequenz ent- ao Falle eines Fernsehsignals ^.uf relativ kleine Bereiche

hält, so werden durch die Einrichtung 3 und die der BildMäche mit vielen BildJetails und plötzlichen

Subtraktionsstufe 4 auch die unter dem vorgegebenen Helligkeitsübergängen beschränkt und treten daher in

Wert (Begrenzungsniveau) liegenden Anteile des diesen Bereichen nicht mehr wesentlich in Erschei-

Nutzsignals unterdrückt. Diese fehlen daher im Aus- nung. Im ganzen gesehen, läßt sich daher mit der

gangssignal der Subtraktionsstufe 4, w?is einen ge- as crfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine sehr

wissen Informationsverlust bedeutet. Um diesen In- wirksame Verbesserung des Störabstandes in einem

formationsverlust wenigstens teilweise auszugleichen. Fernsehbild erreichen.

werden die oberhalb des vorgegebenen Amplituden- Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Hinrich-

wertcs liegenden Signalanteile im höheren Frequenz- tung 3 zur amplitudenmäßigen Trennung des Signals

bereich des Signals in einer Addierstufe 7 dem Aus- 30 in einem Amplitudenbereich unterhalb und einem

gangssignal nach der Subtraktionsstufe hinzugefügt, Amplitudenbereich oberhalb eines vorgegebenen Wer-

so daß sie im Ausgangsanschluß 9 der Schaltungs- tes. Die Schaltung enthält zwei Transistoren mit ent-

anordnung wieder vorhanden sind. gegengesetztem Leitfähigkeitstyp, z. B. 31 vom PNP-

Dies till mit Hilfe der F i g. 2 näher erläutert wer- Typ und 32 vom NPN-Typ. Der hochfrequente den, welche für einen Signalsprung mit einer im 35 Signalanteil wird den Emittern der beiden Transistohöheren Frequenzbereich des Signals liegenden An- ren mit gleicher Signalampütude, jedoch mit vcrstiegszeit die in den einzelnen Stufen der Schaltungs- sdiiedenem mittlerem Potential gegenüber den Basen anordnung auftretenden Signalformen schematisch der Transistoren zugeführt. Hierzu kann den Tranzeigt. In Fig. 2 a stellt 11 den Verlauf des Nutz- sistoren 31 und 32 ein weiterer Transistor 33, der als signals dar, welches mit einer hochfrequenten Störung 40 Verstärker wirkt, vorgeschaltet sein. Der Basis dieses mit dem Spitzenwert 2 A symmetrisch zum Nutz- Transistors 33 wird vom Eingang 12 der hochsignal überlagert ist. Das Filter 2 (Fig. 1) läßt nur frequente Signalanteil zugeführt, in den Emitterkreis die hochfrequenten Anteile des Frequenzspektrums des Transistors 33 ist ein Widerstand 34 zur Gegende.s Signalsprungs hindurch. Dies entspricht etwa kopplung und Stabilisierung eingefügt. Der Kollcktoreiner zweimaligen Differenzierung des Signalspmn- 45 kreis enthält einen vorzugsweise einstellbaren Widerges, der nach dem Filter daher die Form von Fig. 2b stand 35, der durch einen Kondensator36 für die aufweist. In Fi g. 2b ist auch das Begrenzungsniveau Signalfrequenz überbrückt ist, und einen weiteren des doppelseitigen Amplitudenbegrenzers der Ein- Widerstand 37. Die Emitter der beiden Transistoren richtung 3 eingezeichnet, der voraussetzungsgemäß 31 und 32 sind an die Enden des einstellbaren Wideretwa der Amplitude der Störungen im Signal nach so Standes 35 angeschlossen und erhalten somit das Fig. 2 a entsprechen soll. Das Signal nach Fig. 2 b gleiche am Kollektorwiderstand 37 auftretende Signal, wird durdi die Einrichtung in der in den Fig. 2c Durch den Gleichstromanteil dieses Signals tritt am und 2d dargestellten Art verformt. F i g. 2 c zeigt das Widerstand 35 ein Spannungsabfall auf, der WiderSignal unterhalb des vorgegebenen Wertes, 2d das stand 35 erzeugt dadurch die Potcntialfrequenz zwi-Signal oberhalb dieses Wertes der Einrichtung 3. Man 55 sehen den Signalmittelwerten. Diese entspricht dem erkennt aus Fig. 2c, daß im Bereich des Signal- vorgegebenen Wert der Anordnung und kann durch Sprunges keine Störungen mehr vorhanden sind, son- den Widerstand 35 auf den gewünschten Wert eindern nur mehr außerhalb dieses Bereiches. Diese gestellt werden. Das in der Mitte zwischen dem mittverbleibenden Störungen kompensieren in der Sub- leren Wert des Emitterpotenttals der Transistoren 31 traktionsstufe 4 die kohärenten Störungen im breit- 60 und 32 liegende Potential der Basen der Transistoren bandigen Signal. Ferner erkennt man, daß die höher- 31 und 3^, wird durch den aus zwei gleich großen frequenten Anteile des Signalsprungs im Amplituden- Widerständen 38 und 39 bestehenden Spannungsbereich oberhalb des vorgegebenen Wertes der Ein- teiler hergestellt. Ein Kondensator 40 legt die Basen richtung 3 durch die Amplitudenbegrenzung ab- der Transistoren 31 und 32 hochfrequenzmäßig an geschnitten werden und daher im Ausgangssignal der 65 Masse.

Subtraktionsstufe nur teilweise fehlen. Diese Anteile An den Emittern der beiden Transistoren 31 und

sind jedoch in dem Signal oberhalb des Begrenzung^- 32 wird das amplitudenbcgrcnztc Signal unterhalb

wertes der Einrichtung 3 vorhanden, wie Fig. 2d des Schwellwertes der Einrichtung abgenommen. Die

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

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   I. Schaltungsanordnung zur Verringerung von Störungen höherer Frequenz (Rauschen) in breitbandigen elektrischen Signalen, insbesondere Fernsehsignalcn, bei welcher das Übertragungsmaß für die höheren Signalfrcquenzen mit kleiner ao Amplitude kleiner ist als bei höheren Signalfrequenzen mit größerer Amplitude, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist. welche die höheren Signalfrequcnzen in einen Bereich kleiner Amplitude unterhalb as eines vorgegebenen Wertes, der vorzugsweise etwa der Amplitude der Störungen entspricht, und einen Bereich oberhalb dieses vorgegebenen Wertes aufteilt, daß der Bereich kleiner Signalanipliluden von dem breitbandigen Signal, gegebenenfalls nach Laufzeit- und Pegelausgleich, subtrahiert wird und daß dem so gebildeten DifTcrenzsignal der Amplitiidenbcreich oberhalb des vorgegebenen Wertes in geeignetem Verhältnis additiv zugesetzt wird.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (31, 32) enthält, deren Emittern die vorzugsweise durch einen weiteren Transistor (33) verstärkten hochfrequenten Signalanteile mit verschiedenem, dem vorgegebenen Wert entsprechendem Cilcichstrommittclwcrt zugeführt sind, wobei die Basen der Transistoren auf ein mittleres Potential zwischen den Gleichstrommittetwcrten gebracht sind, und daß die Signalanleile unterhalb des %'orgegebenen Wertes von den Emittern und die Signalanteile oberhalb dieses Wertes von den Kollektoren der Transistoren (31, 32) abnehmbar sind.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (31. 32) der Einrichtung von einem T\p mit ausreichend hoher Schleusenspannung sind. vorzugsweise Silimimtransistoren. so daß die Festlegung des vorgegebenen Wertes infolge der ausreichend hohen Schlcuscnspannung mit nut drei Widerständen (35. 38, 39) erfolgen kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen