DE19519949C1 - Verfahren zur Beseitigung von echosignalbedingten Geisterbildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung der beim Empfang von terrestrisch verteilten analogen Fernsehsignalen durch Echostörungen bedingten Geisterbilder, welche Fernsehsignale für die Signalverarbeitung digitalisiert werden, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Der Fernsehempfang über den terrestrischen Übertragungskanal wird oft durch Mehrwegeausbreitung erschwert. Die durch Reflexion an Häusern, Bergen und auch beweglichen Objekten, wie Autos oder Flugzeugen, entstehenden Echos verursachen, je nach Laufzeit und Amplitude der Echos, mehr oder minder stark in Erscheinung tretende "Geisterbilder" auf dem Bildschirm, die die Empfangsqualität stark beeinträchtigen können. Beim stationären Empfang können die Echostörungen bis zu einem gewissen Grad durch eine Antennenanlage mit hoher Richtwirkung verringert werden. Bei einem mobilen Empfänger tritt die Echoproblematik jedoch verstärkt auf, da hier nur Antennen mit geringer Richtwirkung zum Einsatz kommen können, weil die Antennenausrichtungen in einem beweglichen Empfänger nur unzureichend mechanisch nachgeführt werden können. An einen Entzerrer stellt der terrestrische Übertragungskanal aufgrund der langen Echolaufzeiten und der sich schnell ändernden Echoparameter große Anforderungen.

Echobildungen können selbstverständlich auch in bestehenden Kabelanlagen auftreten, insbesondere durch Stoßstellen bedingte Echoverzerrungen, beispielsweise an Verteilern oder Buchsen, die die gleiche Echowirkung erzielen können. Insofern soll die hier vorliegende Erfindung auch auf solche Echostörungen anwendbar sein. Üblicherweise wird zur Entzerrung während der vertikalen Austastlücke ein bekanntes Referenzsignal ausgestrahlt, mit dessen Hilfe auf der Empfängerseite eine Entzerrereinstellung vorgenommen wird. Eine nach diesem Prinzip arbeitende adaptive Entzerrung für mobilen Fernsehempfang ist in Sammelband des 8. Aachener Kolloquium Signaltheorie, Mobile Kommunikationssysteme, 1994, Seiten 237 bis 241, mit dem Titel "Adaptive Entzerrung für mobilen Fernsehempfang", angegeben. Die darin angegebene aufwandgünstige Realisierung berücksichtigt, daß die Echos zumeist in Gruppen auftreten. Die gewählte Filterstruktur für die echogestörten Bereiche sieht dabei kurze Transversalfilterbausteine vor, während die echofreien Bereiche mit einstellbaren Laufzeitgliedern überbrückt werden. Das eingesetzte rekursive Filter gestattet, daß direkt die inverse Kanalimpulsantwort moduliert werden kann. Ein kurzes FIR-Filter bewirkt eine Entzerrung vorlaufender Echos. Die Entzerrereinstellung erfolgt in einem kombinierten Verfahren aus Kanalschätzung und interaktiver Koeffizienten-Optimierung. Die Kanalschätzung hat einerseits die Aufgabe der Laufzeitgliedeinstellung, andererseits erhält man mit der Kanalschätzung eine Koeffizienten-Initialisierung, mit der sich bereits eine hohe Echodämpfung erzielen läßt. Geeignete Signale, die in der vertikalen Austastlücke unter Beachtung guter Korrelationseigenschaften übertragen werden können, sind in IEEE Trans.on BC, Vol. 35 No. 4, 1989, Seiten 339 bis 347, sowie in IEEE Trans. on BC, Vol. 38 Nr. 4, 1992, Seiten 224 bis 228, angegeben. Die darin angegebenen Signale sind in Japan und in den USA genormt und es existieren bereits Entzerrer, die diese Signale zur Einstellung ausnutzen, bzw. sind solche vorgeschlagen worden. In Europa sind keine Ansätze zu erkennen, ein geeignetes Referenzsignal zu definieren, obgleich auch hier bei der Übertragung die echobedingten Verzerrungen gegeben sind.

Neben den für digitale Datenübertragungssysteme bekannten Einstellverfahren, die auf einem bekannten Referenzsignal basieren, ist aus IEEE Signal Processing Magazine, Juli 1993, im Aufsatz "Signal Processing with higher-order spectra", von Nikias, C.L., Mendel, J.M., ein Verfahren bekannt, das ohne spezielles Referenzsignal auskommt. Es werden dabei die bei der digitalen Datenübertragung inhärenten Eigenschaften des Datensignals, wie konstante Hüllkurve oder weißes Spektrum, ausgenutzt. Ein analoges Fernsehsignal erfüllt diese Eigenschaften nicht, so daß die bekannte Methode hierauf nicht anwendbar ist.

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur blinden Entzerrereinstellung für Videosignale der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß ohne speziell in den vertikalen Austastlücken einzufügende energiereiche Referenzsignale mit guten Korrelationseigenschaften eine adaptive Entzerrung sowohl für den stationären als auch mobilen Fernsehempfang herkömmlicher analoger Fernsehsignale, die terrestrisch verteilt werden, ermöglicht wird, um die Darstellung von Geisterbildern auf dem Bildschirm zu vermeiden.

Die Aufgabe löst die Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte sowie durch ein nebengeordnetes Verfahren nach Anspruch 22 und Schaltungsanordnungen zur Durchführung der Verfahren gemäß Anspruch 26 und 28.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Verfahrensschritte, sowie ergänzende Verfahrensschritte, sind in den Unteransprüchen 2 bis 21 und in den Ansprüchen 22 bis 25 im einzelnen angegeben. Im Anspruch 27 ist ferner eine vorteilhafte Ausgestaltung der Schaltung nach Anspruch 26 angegeben.

Das angegebene Verfahren zur blinden Entzerrereinstellung für Fernsehsignale kann selbstverständlich auch in solchen Ländern in Empfängerschaltungen eingesetzt werden, in denen bereits mit dem Fernsehsignal ein genormtes Referenzsignal abgestrahlt wird, insbesondere um auch dort einen mobilen echofreien Fernsehempfang zu gewährleisten, da sich während der Übertragung des Bildes aufgrund der Verdopplerverschiebung die Phasenlagen der Echostörungen verschieben und so eine Nachstellung des Entzerrerfilters während der aktiven Bildzeilen notwendig werden kann. Das Verfahren und auch die Schaltungsanordnung lassen sich in Fernsehsignalempfängerschaltungen, wie Fernsehempfangsgeräten oder Videoaufzeichnungsgeräten, sowohl für den stationären als auch für den mobilen Empfang einsetzen. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, ergänzend zu dem angegebenen Verfahren, eine Entzerrereinstellung additionell auch in Abhängigkeit von der in jeder Zeile vorhandenen Horizontalsynchronimpulse und/oder Farb-Burst durchzuführen. Eine alleinige Einstellung mit diesen Signalen hat nämlich nur einen sehr eingeschränkten Echodetektionsbereich zur Folge, während dieses erfinderische Verfahren jedes Echo erfaßt.

Das erfindungsgemäße Verfahren nimmt eine Kanalschätzung anhand von markanten Bildelementen, nämlich solchen Bildbereichen hoher Varianz und mit genügend hochfrequenten spektralen Komponenten vor. Diese Bildelemente dienen als Kandidaten für eine Echoparameterschätzung. Im Bildsignal bietet sich die Verwendung der im Bild vorhandenen vertikalen Kanten hierfür an, da diese die Bedingungen erfüllen. Ebenso sind bereits Kantendetektionsverfahren bekannt, die die Lagebestimmungen zulassen. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus dem Fortschrittsbericht, VDI Reihe 10, Nr. 272, erschienen im VDI Verlag, Düsseldorf 1994, im Aufsatz "Synthetische Kantenversteilerung zur Verbesserung der Bildschärfe", von Wu. X., bekannt.

Grundsätzlich kann die Echoparameterschätzung auch nur durch Kantendetektion erfolgen. Dabei werden die Laufzeit des Echos und Kantenhöhe ermittelt. Daraus ist sodann die Kanalimpulsantwort schätzbar, die erforderlich ist, um sie dem Entzerrerfilter zur Unterdrückung der Echosignale zuzuführen. Da diese Methode aber mit Fehlern behaftet sein kann, insbesondere was die Abschätzung der Meßgenauigkeit und die Ähnlichkeit zwischen Originalsignal und geschätzter Echostörung anbetrifft, sieht die Erfindung ergänzend auch ein Regressionsverfahren vor, mit dem neben der geschätzten Echoamplitude ein Korrelationskoeffizient gewinnt. Dieser Korrelationskoeffizient wird als Maß für die Ähnlichkeit zwischen Originalsignal und der geschätzten Echostörung, sowie für eine Abschätzung der Meßgenauigkeit genutzt.

Um nun darüber hinaus eine Verwechslung von Bildinhalt und tatsächlichen Echostörungen zu vermeiden, ist weiterhin eine Nachverarbeitung in einer Nachverarbeitungsstufe vorgesehen, in der über ein regelbasiertes System aus den Regressionsergebnissen und zusätzlichen Eingangsgrößen die Kanalimpulsantwort bestimmt wird, die zur Steuerung des transversalen Entzerrerfilters, das FIR- (nichtrekursive) und IIR- Anteile (rekursive) besitzt, im Eingangszweig genutzt wird.

Die im Bild überlagerten Echostörungen können die Genauigkeit der geschätzten Echoparameter begrenzen. Aus diesem Grund ist es zweckmäßig, die eventuell auftretenden Reststörungen mittels eines iterativem Verfahren zu beseitigen. Es hat sich gezeigt, daß dieses Verfahren auch zur Beseitigung von Echostörungen schlechthin genutzt werden kann, wenn die Echos gering sind.

Die Arbeitsweise des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 21 sowie der Rechenaufwand, der erforderlich ist, wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 ergänzend erläutert, das Verfahren und die Schaltungsanordnung nach den Verfahren gemäß den Ansprüchen 22 bis 25 anhand der Fig. 3.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Modell zur Bestimmung der Echoparameter,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Bestimmung der Echoparameter und Korrekturkoeffizienten,

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Bestimmung der Korrekturkoeffizienten zur Beseitigung der Restechostörungen.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 2 zeigt einen Eingang 1, an dem das Basisband-Videosignal anliegt. Dieses Videosignal liegt vor der Eingangsstufe des Empfängers an und ist bereits demoduliert. Es wird über einen Tiefpaß 2 gefiltert und einem A/D-Wandler 3 zur Digitalisierung zugeführt. Dem A/D-Wandler ist ein Entzerrerfilter, ein rekursives Filter (IIR-Filter) 4, zugeführt, dessen Filterkoeffizienten über die Steuerleitung 5 zur Echosignalkompensation entsprechend der festgestellten Echosignalanteile verändert werden.

Der Ausgang des Entzerrerfilters 4 ist zum einen mit dem ausgangsseitig vorgesehenen D/A-Wandler 11 und zum anderen über den Abgriff 6 mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltung zur Bestimmung der Echoparameter verbunden. Das durch den D/A-Wandler 11 in analoge Signale umgesetzte Videosignal wird nach einer weiteren Tiefpaßfilterung mittels des Ausgangstiefpasses 12 als entzerrtes Basisband-Videosignal 13 den nachfolgenden Verarbeitungsstufen zugeführt. Bei Anwendung der Schaltung in einem digitalen Signalverarbeitungskonzept für einen Empfänger, beispielsweise dem bekannten, von der Firma Intermetall konzipierten digitalen Signalverarbeitungskonzept der Videosignale "Digit 2000", kann auch eine direkte Signalverarbeitung die Digitalwandlung vornehmen, die erforderlich ist, um die Bildröhre ansteuern zu können. Selbstverständlich ist die Schaltung auch in Verbindung mit solchen Wiedergabesystemen möglich, die die digitalen Signale direkt zu verarbeiten gestatten, wie beispielsweise Steuerschaltungen für Flachdisplaybildschirme.

Erfindungsrelevant ist hier die Schaltung und das darin zur Anwendung kommende Verfahren zur Bestimmung der Echoparameter. Hierzu ist ein Kantendetektor 7 vorgesehen, der die Vertikalkanten detektiert, um hieraus die Laufzeit des Echos, sowie die Kantenhöhe h zu bestimmen. Der Kantendetektor 7 steuert ferner eine Schaltungsanordnung 8 zur linearen Regression, die die Kantenbereiche des Originals und die des Echos einem mehrdimensionalen Regressionsverfahren unterwirft. Solche Schaltungsanordnungen und mehrdimensionale Regressionsverfahren sind grundsätzlich bekannt und dienen zur Bestimmung eines Korrelationskoeffizienten als Maß für die Ähnlichkeit zwischen Originalsignal und der geschätzten Echostörung.

Die von den Ausgängen der Schaltung 7 abgreifbaren Laufzeiten des Echos und dessen Amplitude h2 und die von der Schaltungsanordnung 8 abgegriffenen Korrelationskoeffizienten r und die ermittelten komplexwertigen Amplituden â werden in einer Nachverarbeitung einem weiteren Rechenprozeß unterzogen und unter Berücksichtigung von zusätzlichen Parametern, wie Auftrittswahrscheinlichkeit für Echostörungen und Geschwindigkeit des Empfängers, gewichtet. Dadurch wird festgestellt, ob tatsächlich eine Echostörung vorliegt. Durch diese Nachverarbeitungstechnik soll eine Verwechslung von Bildinhalt und tatsächlicher Echostörung vermieden werden.

Als Folge liefert der Nachverarbeitungskreis eine Kanalimpulsantwort als inverse Größe zur Einstellung des Entzerrerfilters 4 über die Leitung 5.

Die Wirkungsweise der Schaltung und des darin enthaltenen Verarbeitungsverfahrens wird nachfolgend anhand der Fig. 1 ergänzend erläutert. Fig. 1 zeigt vereinfacht die Modellannahme für einen Bildausschnitt mit einem Echo, dessen komplexe Amplitude h₂ und Laufzeit τ anhand zweier Kanten geschätzt werden soll. Als Echomodell wird angenommen, daß das Echo eine skalierte und verschobene Version des Originalsignals darstellt. Die geschätzte Echolaufzeit τ ergibt sich aus dem Abstand der untersuchten Bildelemente. Die geschätzte, komplexwertige Echoamplitude â wird ermittelt, indem der mittlere quadratische Fehler zwischen dem mit Faktor â skalierten Originalsignal und der potentiellen Echostörung minimiert wird. Die geschätzte Echoamplitude â ergibt dann durch Lösung von:

wobei m_x bzw. m_y bedeuten: Gleichanteile in den Kantenbereichen, womit der idealerweise konstante Bildhintergrund erfaßt werden soll.

Für das im Bild 1 dargestellte Beispiel bedeutet dies, daß man für die Kantenbereiche I und II ein mehrdimensionales Regressionsverfahren durchführt. Die hohe Varianz und die relativ großen, hochfrequenten spektralen Anteile der ausgewählten, markanten Bildelemente sorgen für einen geringen Schätzfehler. Eine Erweiterung des Modells zur Berücksichtigung nichtlinearer Störungen ist möglich. Neben der geschätzten Echoamplitude erhält man bei dem Regressionsverfahren einen Korrelationskoeffizienten:

Dieser Korrelationskoeffizient wird als Maß für die Ähnlichkeit zwischen Originalsignal und der geschätzten Echostörung, sowie für eine Abschätzung der Meßgenauigkeit genutzt. Messungen, bei denen nicht die erforderliche Genauigkeit erreicht wird, falls z. B. in dem Bereich, in dem die Schätzung durchgeführt werden soll, ein strukturierter Bildhintergrund vorliegt, werden verworfen. Bei der Bestimmung der Echoamplituden aus mehreren Regressionsergebnissen wird die geschätzte Meßgenauigkeit für eine Gewichtung der Einzelergebnisse genutzt. Die Entscheidung, ob tatsächlich Echostörungen vorliegen, wird in einer Nachverarbeitungsstufe getroffen. Durch Nachverarbeitungstechniken soll eine Verwechslung von Bildinhalt und tatsächlichen Echostörungen vermieden werden.

Im Nachverarbeitungsmodul wird über ein regelbasiertes System aus den Regressionsergebnissen und zusätzlichen Eingangsgrößen die Kanalimpulsantwort bestimmt. Als wichtigstes Element der Nachverarbeitung erfolgt eine Auswertung der relativen Häufigkeit der gefundenen Echoparameter unter Berücksichtigung des Korrelationskoeffizienten. Bei der Bestimmung der aktuellen Kanalparameter wird daneben das Ergebnis der letzten Kanalschätzung verwendet, wobei berücksichtigt wird, daß die Phasenänderungen aufgrund der Doppelverschiebungen relativ schnell erfolgen können, während die Amplitudenschwankungen relativ langsam sind. Als zusätzliche Eingangsgröße kann über die Geschwindigkeit v des Empfängers eine Abschätzung der maximalen Doppelverschiebung erfolgen. Liegt ein Referenzsignal in der vertikalen Austastlücke, mit dem eine Kanalschätzung durchgeführt werden kann, vor, so wird von dem Nachverarbeitungsmodul eine Interpolation der Kanalschätzungen, die auf der Basis der Referenzsignale ermittelt wurden, während der Übertragung des aktiven Bildes durchgeführt. Liegt kein Referenzsignal in der vertikalen Austastlücke vor, so wird zur Erhöhung der Detektionssicherheit eine Auftrittswahrscheinlichkeit der Echostörungen aus dem Ergebnis der letzten Kanalschätzung und durch eine Analyse der horizontalen Austastlücke bezüglich der dort auftretenden Störungen berechnet. Das im Kanal auftretende weiße Rauschen und die Echostörungen können hierbei aufgrund ihrer unterschiedlichen spektralen Verläufe unterschieden werden.

Im nachfolgenden wird der Rechenaufwand für eine blinde Entzerrereinstellung nach der Erfindung abgeschätzt.

Eine Abschätzung des Rechenaufwandes für das Einstellverfahren zeigt, daß der hauptsächliche Aufwand bei der Durchführung des Regressionsverfahrens liegt. Der Aufwand für die Kantendetektion in horizontaler Richtung beschränkt sich auf die Berechnung der ersten und zweiten Differenzen mit einer zusätzlichen Schwellwertbildung, für die insgesamt sechs Operationen pro Pixel zu veranschlagen sind. Es treten hierbei nur Additionen und Subtraktionen auf. Für die Nachverarbeitung der Schätzergebnisse findet für die Echoamplituden eine Mittelwertbildung durch ein rekursives Filter erster Ordnung statt.

Zur Entscheidung, ob tatsächlich eine Echostörung vorliegt, wird die Häufigkeitsverteilung der erfolgreich durchgeführten Schätzungen herangezogen. Der hierfür anfallende Rechenaufwand ist zu vernachlässigen. Beim Regressionsverfahren sind die komplexe Echoamplitude â:

und der Korrelationskoeffizient r:

zu ermitteln. Bei der Abschätzung der Anzahl der benötigten Berechnungen muß berücksichtigt werden, daß durch die Verarbeitung von Inphasen- und Quadraturkomponente die Größen teilweise komplexwertig sind und manche Terme in beiden Gleichungen gemeinsam auftauchen. Vom Korrelationskoeffizienten r, der das Maß der Ähnlichkeit zwischen Original und Echostörung angibt, wird bei der Verarbeitung die Größe r² verwendet, um die aufwendige Berechnung der Wurzeln zu vermeiden. In der folgenden Tabelle ist aufgeschlüsselt, wieviele Operationen für die einzelnen Terme benötigt werden.

Der Algorithmus sieht vor, daß mit Hilfe der Kantenerkennung Bildelemente ausgewählt werden, die für eine Echoparameterbestimmung besonders geeignet scheinen. Die Zahl der untersuchten Bildelemente wird mit k bezeichnet. Für jedes dieser ausgewählten Bildelemente wird für die Länge des gewählten Echodetektionsbereiches L die Regression mit T Abtastwerten durchgeführt. In Abhängigkeit der obigen Größen erhält man für den Rechenaufwand folgenden Beziehungen:

Zahl der Additionen: k(8LT + 6T)
Zahl der Multiplikationen: k(6LT + 3T + 2L)
Zahl der Divisionen: k(3T + 1)

k: Anzahl der zu untersuchenden Positionen des Originalsignals (≈ 800-1200)
T: Anzahl der Abtastwerte im Kantenbereich, die für die Regression benutzt werden (≈ 7-9)
L: Anzahl der Abtastwerte des Echodetektionsbereiches (≈ 270-350, entspr. 20-30 µs).

Mit den in den Klammern dargestellten Werten bekommt man folgende grobe Abschätzung für die Zahl der benötigten Rechenoperationen:

Die oben gemachten Angaben gelten für die Entzerrung eines mobilen Übertragungskanals. Für die Entzerrung eines stationären Empfängers bestehen keine kritischen Zeitbedingungen. In diesem Fall kann man auf Kosten der Einstellzeit der untersuchten Bildelemente in jedem Bild drastisch reduzieren und der Rechenaufwand um den Faktor 10-100 reduzieren.

Ein Vergleich des Rechenaufwandes für den Einstellalgorithmus, der nach der Erfindung notwendig ist, mit dem Aufwand für den bei der Entzerrung notwendigen Filterbaustein, für den es in der heutigen Technologie bereits zahlreiche auf den Markt befindliche Realisierungen gibt, zeigt, daß der Aufwand für den Einstellalgorithmus wesentlich geringer ist als für den Filterbaustein. Als bekannter Filterbaustein kann dabei ein solcher gemäß US PS 5 321 512 angesehen werden. Für eine mobile Anwendung, die aufgrund der schnellen Änderungen des Übertragungskanals größere Anforderungen als bei stationärem Betrieb stellt, benötigt der Einstellalgorithmus, also ca. 10% bis 20% der Rechenleistung eines beschriebenen bekannten Filterbausteins. Der Einstellalgorithmus kann also relativ problemlos mit dem Filterbaustein integriert werden. Dieser relativ geringe Aufwand resultiert aus der Tatsache, daß zur Bestimmung der Kanalimpulsantwort gemäß der Erfindung nicht das vollständige Bild, sondern nur einzelne, besonders dafür geeignete Bildelemente herangezogen werden. Eine Anwendung für den stationären Empfang ließe sich noch einfacher mit einem Signalprozessor realisieren, weil hier keine zeitkritischen Zeitbedingungen einzuhalten sind. Selbst auf der Basis der heutigen Technologien erfordert der Einstellalgorithmus keine hohen zusätzlichen Anforderungen an den Hardwareaufwand.

In Fig. 3 ist eine Schaltung in Form eines Blockschaltbildes eines Alternativverfahrens zu dem anhand der Fig. 2 beschriebenen dargestellt. Dieses Alternativverfahren kann insbesondere auch ergänzend zu dem in Fig. 2 dargestellten eingesetzt werden um Restechostörungen zu beseitigen. Wenn geringe Echostörungen gegeben sind, kann es auch alternativ eingesetzt werden.

Das Blockschaltbild gemäß Fig. 3 zeigt, daß das Basisbandvideosignal einer Entzerrerstufe mit einem Entzerrerfilter 17, einem Additionsglied 15 und einem Verzögerungsglied 16 zugeführt wird, wobei die Verzögerungsstufe 16 symbolisch z. B. für die gesamte Schaltungsanordnung mit den Blöcken 7, 8, 9 gemäß Fig. 2 stehen kann. D. h., daß in diesem Fall das Filter 17 Bestandteil des Entzerrerfilters 4 in Fig. 2 ist. Die gesamte Schaltung gemäß Fig. 3 kann aber auch als eigenständige Schaltung zwischen Abnahmepunkt 6 und dem D/A-Wandler 11 in Fig. 2 zwischengeschaltet sein. In jedem Fall wird das entzerrte Videosignal einer Kantendetektion im Kantendetektor 18 unterworfen, der den Schalter 19 leitend schaltet, wenn ein Echosignal anliegt. Das Signal wird sodann in ein Originalsignal und in ein Restechosignal aufgespalten und in einen Prädiktor erster Ordnung eingelesen. Nach Abtrennung der Gleichanteile m_x des Originalsignals durch Feststellung derselben mit der Schaltung 23 durch Überlagerung im Addierer 24 und der Gleichanteile m_y des Echorestsignals nach Feststellung derselben mit der Schaltung 20 und Addition im Addierer 21 ergeben sich die Signale x′ (n) und y′ (n), die einer Gewichtung durch die Filterschaltung 25 des Addierers 26 und der Bestimmungsschaltung für die Filterfaktoren 27 unterzogen werden.

Hierzu wird das Restecho durch Minimierung des Prädiktionsfehlers e(n) zwischen Restecho und Originalsignal: e(n) = y′ (n) - a_n′x′ (n).

Der Korrekturterm wird gemäß dem LMS-Algorithmus berechnet mit: a′_n+1 = a′_n + µe*(n)x′(n)
Unter Berücksichtigung einer Konstanten µ « 1.

Hierauf wird der Entzerrerkoeffizient gemäß

ân+₁ = ân + γ a′_n+1

wobei die Konstante γ « 1 ist.

Das Verfahren wird für jeden Koeffizienten des Entzerrerfilters durchgeführt, die über die Leitung 28, die als Pfeil eingezeichnet ist, zur Einstellung des Filters 17 an diese angelegt werden. Für den Fall, daß die Schaltung mit der nach Fig. 2 kombiniert wird, können die neuen Entzerrerkoeffizienten als Korrekturkoeffizienten mit denen bereits durch das erste Verfahren ermittelten kombiniert werden. Der Einsatz dieses zusätzlichen Verfahrens ist gewünscht, da die dem Bild überlagerten Echostörungen die Genauigkeit der geschätzten Echoparameter gemäß dem ersten Verfahren begrenzen. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, die Restechostörungen weiter mit dem beschriebenen iterativen Verfahren zu beseitigen.

Claims (28)

1. Verfahren zur Beseitigung der beim Empfang von terrestrisch verteilten analogen Fernsehsignalen durch Echostörungen bedingten Geisterbilder, welche Fernsehsignale für die Signalverarbeitung digitalisiert werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Auswahl von Bildbereichen hoher Varianz und mit genügend hochfrequenten spektralen Signalkomponenten für eine Echoparameterschätzung aus den Videosignalen eines Bildes.
• b) Durchführung der Berechnung einer Kanalimpulsantwort in Abhängigkeit von der Echoparameterschätzung, wobei mindestens eine Schätzung von Echolaufzeiten und komplexen Echoamplituden erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeitschätzung über eine Positionsbestimmung der Bildstrukturen und die Amplitudenschätzung durch die Minimierung des mittleren quadratischen Fehlers erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine getrennte Schätzung von Echolaufzeiten und -amplituden erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der Bildbereiche mit Hilfe einer Kantendetektion durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die detektierten Kantenbereiche einem mehrdimensionalen, linearen Regressionsverfahren unterzogen werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Regressionsverfahren ermittelte Korrelationskoeffizient als Maß für die Ähnlichkeit zwischen Originalsignal und der geschätzten Echostörung sowie für eine Abschätzung der Meßgenauigkeit herangezogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Korrelationskoeffizient nach der Formel bestimmt, wobei
r_xy = Korrelationskoeffizient
T = Anzahl der Abtastwerte im Kantenbereich
x_i = Abtastwerte des Originalsignals
y_i = Abtastwerte der Echos
m_x = Gleichanteil der Abtastwerte Originalsignal
m_y = Gleichanteil der Abtastwerte des Echos ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die geschätzte Echoamplitude â nach folgender Formel ermittelt wird:

9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abschätzung der Meßgenauigkeit in einem Bereich, in dem die Schätzung durchgeführt werden soll, bei Nichterreichen der erforderlichen Genauigkeit die Messungen verworfen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Echoamplituden aus mehreren Regressionsergebnissen die geschätzte Meßgenauigkeit für eine Gewichtung der einzelnen Ergebnisse benutzt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine regelbasierte Nachverarbeitung vorgesehen ist, in der eine Auswertung der Korrelationskoeffizienten als Maß der Übereinstimmung zwischen Originalsignal und potentieller Echostörung und eine Auswertung der relativen Häufigkeit der gemessenen Echostörungen ermittelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Echoparameterschätzergebnisse (Kanalschätzergebnisse) einer Interpolation während des aktiven Bildes bei einem in vertikalen Austastlücken vorhandenen Referenzsignal unterzogen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Nachverarbeitung die Austrittswahrscheinlichkeit und die geschätzte Änderungsgeschwindigkeit der Echostörungen durch die Empfängergeschwindigkeit berücksichtigt werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, gekennzeichnet durch die Kombination der blinden Entzerrung für die Entzerrung von Echos größerer Laufzeit mit einer Entzerrung von Echos kurzer Laufzeit auf der Basis des Horizontalsynchronimpulses und Farb-Burst.

15. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantendetektion in horizontaler Richtung auf die Berechnung der ersten und zweiten Differenzen mit einer zusätzlichen Schwellwertbildung für sechs Operationen pro Pixel beschränkt ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenoperationen Additionen und Subtraktionen sind.

17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nachverarbeitung der Schätzergebnisse für die Echoamplituden eine Mittelwertbildung durch ein Filter erster Ordnung stattfindet.

18. Verfahren nach Anspruch 1, 5, 11 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entscheidung, ob tatsächlich eine Echostörung vorliegt, die Häufigkeitsverteilung der erfolgreich durchgeführten Schätzungen herangezogen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 1, 5 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abschätzung der Anzahl der benötigten Berechnungen die Verarbeitung von komplexwertigen Inphasen- und Quadraturkomponenten berücksichtigt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrelationskoeffizient r_xy bei der Verarbeitung als r_xy² berücksichtigt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 11-17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeit v des Empfängers bei mobilem Empfang mit berücksichtigt wird.

22. Verfahren zur Beseitigung der beim Empfang von terrestrisch verteilten analogen Fernsehsignalen durch Echostörungen bedingten Geisterbilder, welche Fernsehsignale für die Signalverarbeitung digitalisiert werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Auswahl von Bildbereichen hoher Varianz und mit genügend hochfrequenten spektralen Signalkomponenten für eine Echoparameterschätzung aus den Videosignalen eines Bildes.
• b) Einlesen des Originalsignals und des Echosignals in einen Prädiktor erster Ordnung.
• c) Abtrennen der Gleichanteile vom Originalsignal und Echosignal.
• d) Berechnung des Korrekturterm gemäß einem bestimmten Algorithmus.
• e) Berechnung des Entzerrerkoeffizienten.
• f) Beaufschlagung des Entzerrerfilters mit dem Entzerrerkoeffizienten.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in einem weiteren iterativen Verfahren Restechostörungen beseitigt werden, wobei das Originalsignal x(n) und das Restechosignal y(n) in einem Prädiktor erster Ordnung eingelesen werden, nach Abtrennung der Gleichanteile wird aus dem Restecho und Originalsignal ein Entzerrerkoeffizient als Korrekturkoeffizient ermittelt und dem Entzerrerfilter zugeführt.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß dieses für jeden des Koeffizienten des Entzerrerfilters durchgeführt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß aus den von Gleichanteilen befreiten Restecho- und Originalsignalen gemäß der Formel: e(n) = y′ (n) - a_n′x′ (n).der Korrekturterm gemäß dem LMS-Algorithmus berechnet mit:a′_n+1 = a′_n + µe*(n)x′ (n)- wobei die Konstante µ « 1 ist - ermittelt wird und hieraus der Entzerrerkoeffizient gemäßâ_n+1 = â_n + γ a′_n+1- wobei die Konstante γ « 1 ist - bestimmt wird.

26. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisband-Videosignal an einem Tiefpaßfilter (2) anliegt und in einem nachgeschaltetem Analog/Digital-Wandler (3) digitalisiert wird dem ein Entzerrerfilter (4) nachgeschaltet ist und dessen Ausgang mit einem Kantendetektor (7) verbunden ist, in welchem die Kantenhöhe h und die Laufzeit τ der Echokante ermittelt wird, daß der Kantendetektor (7) eine lineare Regressionsschaltung (8) steuert, an deren Ausgänge jeweils die Amplitude des Echosignals und der Korrelationskoeffizient abgreifbar sind, daß in einer Nachverarbeitungsschaltung (10) die vom Kantendetektor und der linearen Regressionsschaltung (8) anliegenden Signale nachverarbeitet werden, derart, daß sie in Abhängigkeit von der Berücksichtigung der letzten Kanalschätzung und der Auftrittswahrscheinlichkeit der Echostörungen eine geschätzte Kanalimpulsantwort an das Entzerrerfilter zur Ausblendung der Echostörung aus dem digitalisierten empfangenen Videosignal vornimmt und daß das entzerrte Videosignal nach Durchlaufen evtl. weiterer Signalbeeinflussungsschaltungen in einem D/A-Wandler umgesetzt wird oder einer digitalen Endstufe zuführbar ist.

27. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 17 in Verbindung mit Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter rekursive, nichtrekursive, transversale Filter mit beiden Anteilen oder Median-Filter sind.

28. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kantendetektor (18) vorgesehen ist, der Restechostörungen ermittelt, und davon abhängig das Originalsignal x(n) und das Restechosignal y(n) an einen Prädiktor erster Ordnung weiterleitet, daß der Prädiktor für das Restechosignal in der Schaltungsanordnung (20) den Gleichspannungsanteil ermittelt, der dem Addierer (21) zugeführt wird, und daß das vom Gleichspannungsanteil befreite Signal an einem weiteren Addierer (26) anliegt, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang eines Filters (25) verbunden ist, das aus den von einer Addierstufe (24) einer Schaltungsanordnung anliegende, von Gleichspannungsanteilen des Originalkantensignals befreite Kantensignal nach einem Korrekturterm ein Ausgangssignal ermittelt, wobei das Originalkantensignal nach Durchlaufen einer Verzögerungsschaltung (22) dem ersten Eingang des Addierers (24) und einer Schaltungsanordnung (23) zur Ermittlung des Gleichspannungsanteils zugeführt wird, wobei der Gleichspannungsanteil dem zweiten Eingang des Addierers (24) zur Subtraktion zugeführt wird, und daß zur Ermittlung des Restecho-Entzerrerkoeffizienten durch das Filter (25) der Ausgang des Addierers (26) über eine Gewichtungsschaltung (27) anliegt, die den ermittelten Entzerrerkoeffizienten dem Entzerrerfilter (17) zuführt, dessen Ausgangssignal dem vorentzerrten Basisbandvideosignal über einen Addierer (15) zugeführt wird, dessen Eingang über eine Verzögerungsschaltung (16) an der das entzerrte Videosignal führenden Leitung angeschlossen ist.