DE19950025A1 - Anordnung zur Umsetzung von TV-Zwischenfrequenzsignalen - Google Patents

Abstract

Zur Umsetzung von TV-Zwischenfrequenzsignalen unterschiedlicher Norm ist ein einstufiger analoger Mischer (4) vorgesehen mit nachgeschaltetem Tiefpaßfilter (5) sowie einem Analog/Digital-Wandler. Die Mischerfrequenz ist derart gewählt, daß der gewünschte weiterzuverarbeitende Spektralanteil des Mischerausgangssignals im Bereich zwischen 0 und f¶A¶ liegt, wobei f¶A¶ die Abtastfrequenz ist, mit der das Mischerausgangssignal weiterzuverarbeiten ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Umsetzung von TV-Zwischenfrequenzsignalen insbesondere TV-Signalen von einer ersten auf eine zweite Zwischenfrequenz.

Aus der DE 197 03 079 A1 ist eine solche Anordnung bekannt. Ein mit einer ersten Zwischenfrequenz angeliefertes TV- Zwischenfrequenzsignal, beispielsweise ein NTSC- Zwischenfrequenzsignal, wird digitalisiert, das heißt abgetastet und analogdigital gewandelt und anschließend mittels digitaler Mischung und Filterung auf eine zweite Zwischenfrequenz gebracht zur digitalen Weiterverarbeitung. Für die Abtastfrequenz und die angelieferte Zwischenfrequenz müssen bei dieser Lösung bestimmte Bedingungen eingehalten werden.

Andere Verfahren zur Umsetzung von TV- Zwischenfrequenzsignalen basieren auf der Verwendung von mehrstufigen analogen Mischern und Filtern, die das Zwischenfrequenzsignal zuerst in eine hochfrequente Lage umsetzen, um sie danach nochmals umzusetzen, und zwar auf die neue (zweite) Zwischenfrequenz.

Vorteile der Erfindung

Mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 wird eine hybride Umsetzung erzielt, das heißt eine gemischte analoge und digitale Umsetzung, die sehr aufwandsarm ist. Gegenüber einer rein analogen Lösung wird nur ein einstufiger Mischer benötigt. Außerdem liefert die Lösung nach dem Anspruch 1 ein digitales Ausgangssignal, was sich unmittelbar von einer digitalen Kabelfernseh-Kopfstation weiterverarbeiten läßt.

Die Maßnahmen der Erfindung ermöglichen eine effiziente Einspeisung von analogen TV-Signalen, die sich in einer fernsehnormspezifischen Zwischenfrequenzlage befinden, beispielsweise der NTSC-Norm, in ein digitales System zur Signalaufbereitung und Weiterverarbeitung, das mit einer Abtastfrequenz arbeitet, die für TV-Signale in einer hiervon abweichenden Zwischenfrequenzlage, beispielsweise der PAL- Norm, ausgelegt ist. Da die Abtastfrequenz für diese abweichende Zwischenfrequenz ausgelegt ist, kann in der Regel das einzuspeisende TV-Signal nicht direkt mit dieser Frequenz abgetastet werden, ohne daß Aliasing-Effekte auftreten.

Insbesondere wenn die Zwischenfrequenzen von Eingangs- und Ausgangssignal bei einer Frequenzumsetzung relativ nahe beieinander liegen, ist üblicherweise ein zweistufiger analoger Mischer erforderlich. Bei der Erfindung ist auch in diesen Fällen nur ein einstufiger analoger Mischer erforderlich.

Bei der Erfindung wird die Abtastfrequenz nicht durch die Zwischenfrequenz des Eingangssignals (umzusetzendes TV- Zwischenfrequenzsignal) bestimmt, sondern durch das weiterverarbeitende digitale System. Bedingungen zwischen der Abtastfrequenz f_A und der Zwischenfrequenz des Eingangssignals wie bei der Realisierung gemäß DE 197 03 079 A1 sind bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht einzuhalten.

Die in der älteren deutschen Patentanmeldung P 199 40 277.9 vorgeschlagene volldigitale Lösung zur Frequenzumsetzung mit flexibler Wahl von eingangsseitiger und ausgangsseitiger Zwischenfrequenz erfordert eine höhere Abtastfrequenz für das Eingangssignal. Außerdem ist diese Realisierung aufwendiger.

Das Ausgangssignal bei der Anordnung gemäß der Erfindung ist reellwertig und kann daher einfach weiterverarbeitet werden.

Bei der Erfindung verursachen eventuell vorhandene Oberschwingungen der Trägerschwingung des analogen Mischers keine Störanteile, die in die Nähe des gewünschten weiterzuverarbeitenden Spektralanteils fallen, da die Mischerfrequenz so gewählt werden kann, daß sie in ausreichender Entfernung oberhalb des gewünschten Spektralanteils liegt.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen aufgezeigt.

So gestattet die Weiterverarbeitung nach Anspruch 2 die Einstellung der Zwischenfrequenz des digitalen Ausgangssignals derart, daß die Bandmitte des Ausgangssignals bei einem viertel oder Drei Viertel der Abtastfrequenz liegen kann.

Mit den Maßnahmen des Anspruchs 3 ist das Ausgangssignal frei wählbar in Regel- oder Kehrlage verfügbar.

Durch die starre Frequenzkopplung nach Anspruch 4 kann eine Frequenzdrift ausgeschlossen werden.

Mit dem Filter nach Anspruch 5 können spektrale Störanteile im umzusetzenden TV-Zwischenfrequenzsignal unterdrückt werden. Damit wirken sich eventuell vorhandene spektrale Störanteile außerhalb des Nutzbandes nicht nachteilig aus.

Die Mischerfrequenz für den analogen Mischer sowie die Abtastfrequenz f_A kann auf einfache Weise aus einem Standardtakt, insbesondere dem 155,52 MHz-Takt der SDH- Hierarchie abgeleitet werden.

Zeichnungen

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 Signalspektren innerhalb der Verarbeitungskette der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 Signalspektren innerhalb der Verarbeitungskette für einen Bildträger bei 38,9 MHz.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die Erfindung wird im folgenden durch schematische Darstellung für ein NTSC-TV-Signal in NTSC-spezifischer Zwischenfrequenzlage näher erklärt. Die Abtastfrequenz in den Ausführungsbeispielen entspricht der einer digitalen Kabelfernseh-Kopfstation, die TV-Signale in der standardisierten PAL-ZF-Lage verarbeitet. Die beiden Ausführungsbeispiele beschreiben demzufolge, wie durch den Einsatz des hybriden ZF-Umsetzers TV-Signale in NTSC- spezifischer Zwischenfrequenzlage in eine digitale Kabelfernseh-Kopfstation eingespeist werden können, die ansonsten nur für TV-Signale in PAL-spezifischer Zwischenfrequenzlage ausgelegt ist.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen hybriden TV-ZF-Umsetzers in Form eines analogen Mischers 4 mit der Mischfrequenz f_M, an dessen Ausgang sich ein Tiefpaßfilter 5 befindet, das die Spektralanteile bei der Summenfrequenz unterdrückt. Der Mischer 4 und das Tiefpaßfilter 5 bilden zusammen einen analogen Frequenzumsetzer, dem eingangsseitig das umzusetzende TV- Zwischenfrequenzsignal mit einer ersten Zwischenfrequenz zugeführt wird. Am Ausgang des analogen Frequenzumsetzers liegt ein Bandpaßsignal vor, das durch den nachgeschalteten Analog/Digital-Umsetzer 6 in ein digitales Signal mit der Abtastfrequenz f_A überführt wird. An seinem Ausgang liegt ein TV-Zwischenfrequenzsignal mit einer zweiten Zwischenfrequenz vor. Die Mischfrequenz f_M des Mischers 4 ist in Abhängigkeit der vorgegebenen Abtastfrequenz f_A so abstimmbar, daß der gewünschte Spektralanteil nach der Abtastung an beliebiger Stelle, insbesondere bei ein Viertel oder drei Viertel der Abtastfrequenz f_A liegt. Allgemein gilt, daß das Mischerausgangssignal im Bereich zwischen 0 und f_A liegt, wobei f_A die Abtastfrequenz ist mit der der gewünschte weiterzuverarbeitende Spektralanteil des Mischerausgangssignals digital weiterverarbeitet wird. Das Filter 7, das je nach Anwendungsfall ein Tiefpaß- oder Hochpaßfilter ist, kann eingesetzt werden, um eine Beeinflussung des Signals durch Rückfalteeffekte aufgrund von Störanteilen im Eingangsspektrum zu verhindern.

Fig. 2 zeigt die zugehörigen spektralen Darstellungen der Verarbeitungskette für einen speziellen Fall der Frequenz f_M des Mischers 4. Sie soll so gewählt werden, daß nach der Abtastung ein Spektralanteil zentriert bei einem Viertel der Abtastfrequenz f_A in nicht invertierter Lage (Regellage) vorhanden ist. Fig. 2 zeigt das Spektrum eines NTSC-ZF- Signals, das den Frequenzbereich von 41 MHz bis 47 MHz umfaßt und demzufolge eine Bandbreite von 6 MHz besitzt. Die Bandmitte des Signals liegt bei f_C = 44 MHz, der Bildträger bei 45,75 MHz.

Die Frequenz f_M des Mischers 4 kann unter der speziellen Voraussetzung, daß nur Frequenzanteile zentriert bei ein Viertel oder drei Viertel der Abtastfrequenz auftreten, folgende Werte annehmen

f_M = f_C ± ¼ f_A oder f_M = f_C ± ¾ f_A.

Je nach Zwischenfrequenzlage des Eingangssignals, der gewünschten Position des Ausgangssignals und der Abtastfrequenz gibt es unter diesen vier Möglichkeiten unterschiedlich zweckmäßige Lösungen. Im Hinblick auf die Dimensionierung der Filter im vorliegenden Beispiel erweist sich die Frequenz f_M = f_C + ¼ f_A als vorteilhaft. Das digitale System 8, welches das Signal nach der Digitalisierung weiterverarbeitet, arbeitet in diesem Ausführungsbeispiel mit einer Abtastfrequenz von f_A = 28,27 MHz, die durch den Teilerfaktor 2/11 aus dem 155,52 MHz-Takt der SDH-Hierachie abgeleitet werden kann und für die Abtastung von PAL-ZF-Signalen ausgelegt ist. Somit ergibt sich im vorliegenden Fall eine Frequenz von ca. f_M = 51 MHz für den Mischer 4.

Auftretende Oberschwingungen des Mischers 4 fallen nicht in den Spektralbereich des Signals, der dem A/D-Umsetzer 6 zugeführt wird und können somit keine Störungen verursachen. Den niederfrequentesten Anteil würde die erste Oberschwingung (102 MHz) im Bereich um 55 MHz liefern. Für die spektrale Reinheit der Mischerfrequenz bestehen daher keine verschärften Anforderungen.

Fig. 2 zeigt das Spektrum nach dem Mischer 4. Es sind Frequenzanteile bei den Summen- und Differenzfrequenzen zu erkennen. Der Anteil, der durch die Differenzbildung der Frequenzen entsteht, liegt in Regellage (nicht gespiegelt) bei f_A/4. Der Bildträger liegt bei ca. 5,8 MHz. Primär hat der Tiefpaß 5 die Aufgabe, die Summenfrequenzanteile zu unterdrücken. Er kann jedoch auch vorteilhaft so ausgelegt werden, daß er gleichzeitig die Funktion des Anti-Aliasing- Filters für die Abtastung durch den A/D-Umsetzer 6 übernimmt.

Um eventuelle Aliasing-Effekte zu vermeiden, sollten Spektralanteile, die sich aufgrund der Abtastung in das Signalspektrum falten könnten, unterdrückt werden. Dies sind in der Regel Störungen, die nur niedrige Pegel aufweisen, zum Beispiel Rauschen, Oberschwingungen. Demzufolge muß auch das Anti-Aliasing-Filter nur eine relativ geringe Dämpfung in diesem Bereich besitzen. Im vorliegenden Beispiel ist dies ab einer Frequenz von 24,2 MHz der. Fall. Eine hohe Sperrdämpfung muß das Filter 6 erst bei den Summenfrequenzanteilen besitzen, was im Beispiel ab 92 MHz zutrifft. Aus diesem Grund ergeben sich unkritische Anforderungen an das Filter 6, was sich im Grad des Filters und dadurch auch bei der Realisierung vorteilhaft auswirkt.

Fig. 2 zeigt das periodische Spektrum nach der Abtastung. Es enthält die zur halben Abtastfrequenz symmetrisch angeordneten Spiegelspektren. Ein Spektralanteil der ersten periodischen Wiederholung liegt zentriert um 35 MHz. Dieser Spektralbereich wird üblicherweise durch PAL-ZF- Signale belegt. Daher ergibt sich durch Abtastung von PAL- ZF-Signalen mit f_A eine ähnliche spektrale Anordnung.

Hier zeigt sich der Vorteil des hybriden ZF-Umsetzers nach der Erfindung. Durch die Kombination des einstufigen analogen Mischers 4 mit der Abtastung f_A kann das gleiche Resultat erzielt werden, wie wenn das NTSC-ZF-Signal zuerst auf die PAL-spezifische Frequenzlage durch einen zweistufigen analogen Mischer verschoben und dann abgetastet würde. In diesem Fall wäre deshalb ein zweistufiger Mischer erforderlich, weil sich die spektralen Bereiche von NTSC-ZF- und PAL-ZF-Lage überlappen.

Das gemäß dem hybriden ZF-Umsetzer abgetastete frequenzverschobene NTSC-Signal kann demnach in gleicher Weise wie ein PAL-Signal von dem digitalen System 8 weiterverarbeitet werden. Lediglich ist die Orientierung des Spektrums bezüglich des Bildträgers gespiegelt (Kehrlage). Dies stellt jedoch kein Problem für die Weiterverarbeitung durch das digitale System dar und ist von untergeordneter Bedeutung.

Falls im Bereich von 55 MHz bis 61 MHz signifikante Störanteile im Eingangssignal vorhanden sind, können diese durch das vorgeschaltete Filter 7, das in diesem Fall ein Tiefpaßfilter sein kann, dessen Durchlaßbereich bis 47 MHz reicht und dessen Sperrbereich bei 55 MHz beginnt, unterdrückt werden, da durch Rückfalteeffekte aufgrund des Mischvorgangs diese Störanteile in das Signalspektrum fallen würden. Die eventuell vorhandenen Störanteile oberhalb der Mischerfrequenz sind in Fig. 2 eingezeichnet.

Grundsätzlich gilt für dieses Ausführungsbeispiel, daß eine unmittelbare Abtastung des NTSC-ZF-Signals mit f_A = 28,27 MHz nicht möglich ist, da hierbei Aliasing auftreten würde. Erst bei einer Abtastung mit 29 MHz würde Aliasing vermieden. Diese Vorgehensweise würde aber bedeuten, daß die Abtastfrequenz wieder von der Zwischenfrequenz des zugeführten TV-Signals abhängig wäre. Eine Abtastratenumsetzung auf die geforderte ausgangsseitige Abtastrate von 28,27 MHz wäre außerdem sehr schwierig.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel soll eine Umsetzung des NTSC-ZF-Signals in die PAL-spezifische ZF-Lage beschrieben werden, wobei das Spektrum die gleiche Orientierung behält, also nicht gespiegelt wird (Regellage).

In diesem Ausführungsbeispiel wird die Mischerfrequenz f_M so gewählt, daß der Bildträger der ersten periodischen Wiederholung des Spektrums in Kehrlage (übliche Orientierung für Zwischenfrequenzsignale) bei der PAL-ZF-spezifischen Frequenz von 38,9 MHz liegt (Fig. 3 ):

f_M = f_A + f_C + 1,75 MHz - 38,9 MHz = 35,13 MHz.

Er befindet sich demnach unterhalb des Spektrums des Eingangssignals. Der Tiefpaß 5 hat in diesem Fall einen Durchlaßbereich bis 11,77 MHz und sperrt ab 17,65 MHz. Dies sind etwas schärfere Anforderungen als im ersten Ausführungsbeispiel, da der Spektralanteil jetzt nicht bei einem Viertel der Abtastfrequenz zentriert ist. Das Filter 7 ist nun als Hochpaßfilter auszuführen, das Frequenzen ab 41 MHz durchläßt und unterhalb 29,3 MHz sperrt.

Eine direkte Umsetzung des NTSC-ZF-Signals in die PAL­ spezifische ZF-Lage vor der Abtastung hätte auch hier einen zweistufigen analogen Mischvorgang erfordert. Es hängt von der weiteren Signalverarbeitung ab, ob die übrigen Spektralanteile hinderlich sind oder nicht. Im Falle einer digitalen Weiterverarbeitung sind sie ohnehin prinzipbedingt vorhanden.

Der A/D-Umsetzer 6 kann bereits Bestandteil des digitalen Systems 8 zur digitalen Signalaufbereitung und Weiterverarbeitung beziehungsweise der digitalen Kabelfernseh-Kopfstation sein.

Um eine hohe Frequenzstabilität des Gesamtsystems zu gewährleisten, genügt es oft nicht, nur einen hochgenauen Takt für die Abtastung zu verwenden. Es ist vorteilhaft auch die Frequenz f_M des Mischers 4 an diesen Abtasttakt, der insbesondere durch die digitale Kabelfernseh-Kopfstation zur Verfügung gestellt wird, frequenzstarr anzubinden. Daher ist es zweckmäßig, den vorangehend beschriebenen hybriden ZF- Umsetzer durch eine frequenzstabile Anbindung der Mischerfrequenz an die Abtastfrequenz mittels einer PLL oder durch einen einfachen Frequenzteiler zu erweitern.

Für das erste Ausführungsbeispiel kann vorteilhaft die Mischerfrequenz durch eine PLL mit dem Teilerverhältnis 9/5 abgeleitet werden:

Im zweiten Ausführungsbeispiel benötigt man eine mehrstufige PLL, zum Beispiel mit den folgenden Faktoren:

wenn die PAL-spezifische ZF-Lage auf mindestens 1 kHz genau eingehalten werden soll.

Derartige Faktoren lassen sich bei diesen Frequenzen mit kommerziell verfügbaren, kostengünstigen integrierten PLL- Bausteinen effizient realisieren.

Claims (11)

1. Anordnung zur Umsetzung von Zwischenfrequenzsignalen, insbesondere TV-Zwischenfrequenzsignalen, von einer ersten auf eine zweite Zwischenfrequenz mit folgenden Merkmalen:

• - einem eingangsseitigen einstufigen analogen Mischer (4), dem das umzusetzende Zwischenfrequenzsignal mit einer ersten Zwischenfrequenz zuführbar ist und dessen Trägerschwingung (Mischfrequenz) derart gewählt ist, daß der gewünschte weiterzuverarbeitende Spektralanteil des Mischausgangssignals im Bereich zwischen 0 und f_A liegt, wobei f_A die Abtastfrequenz ist mit der der gewünschte weiterzuverarbeitende Spektralanteil des Mischausgangssignals digital weiterverarbeitet wird,
• - einem Tiefpaßfilter (5), das unerwünschte Mischprodukte des analogen Mischers (4) sowie gegebenenfalls weitere Störungen unterdrückt,
• - einem ausgangsseitigen Analog/Digital-Umsetzer (6), der mit der Abtastfrequenz f_A betreibbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Trägerschwingung (Mischfrequenz) des analogen Mischers (4) derart einstellbar ist, daß der gewünschte weiterzuverarbeitende Spektralanteil bei ein Viertel oder drei Viertel der Abtastfrequenz f_A näherungsweise zentriert ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Trägerschwingung (Mischfrequenz) des analogen Mischers (4) derart einstellbar ist, daß die Lage des weiterzuverarbeitenden Spektralanteils gegenüber der Lage des umzusetzenden TV-Zwischenfrequenzsignals invertiert oder nicht invertiert ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Trägerschwingung (Mischfrequenz) des analogen Mischers (4) frequenzstarr an die Abtastfrequenz des Analog/Digital-Umsetzers (6) gekoppelt ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang des analogen Mischers (4) ein Filter (7) zur Unterdrückung von Störanteilen im umzusetzenden TV-Zwischenfrequenzsignal vorgeschaltet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Analog/Digital-Umsetzers (6) als Eingangssignal eines digitalen Systems (8) zur Signalaufbereitung und Weiterverarbeitung, insbesondere einer digitalen Kabelfernseh-Kopfstation dient.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog/Digital-Umsetzer (6) Bestandteil des digitalen Systems (8)/der Kabelfernseh- Kopfstation ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur frequenzstarren Kopplung des analogen Mischers (4) und des Analog/Digital-Umsetzers (6) ein Frequenzteiler oder eine PLL-Schleife vorgesehen ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschwingung des analogen Mischers (4) und/oder die Abtastfrequenz f_A durch Teilung oder Vervielfachung aus einem Standardtakt, insbesondere dem 155,52 MHz-Takt der SDH-Hierarchie abgeleitet ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Trägerschwingung (Mischfrequenz) des analogen Mischers (4) für ein umzusetzendes NTSC-Zwischenfrequenzsignal in ein PAL- Zwischenfrequenzsignal zu 51 MHz gewählt ist, insbesondere unter Änderung der Lage des umzusetzenden TV-Zwischenfrequenzsignals (Kehrlage).

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Trägerschwingung (Mischfrequenz) des analogen Mischers (4) für ein umzusetzendes NTSC-Zwischenfrequenzsignal in ein PAL- Zwischenfrequenzsignal zu 35,13 MHz gewählt ist, insbesondere unter Beibehaltung der Lage des umzusetzenden TV-Zwischenfrequenzsignals (Regellage).