DE2430484B1 - Verfahren zur Optimierung der subjektiven Bildqualität eines adaptiv entzerrten Fernsehkanals und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Die Ausgangssignale des Subtrahierers werden wiederum in der Weise gebildet, daß einer seiner Eingänge unmittelbar mit dem Ausgang des Transversalfilters verbunden ist, während sein anderer Eingang an einen Vergleichssignalgenerator angeschaltet ist, mit dessen Hilfe ein Vergleichssignal solcher Art hergestellt werden kann, daß unter Einwirkung der Kontrolleinrichtung die am Ausgang des Transversalfilters auftretenden Signale möglichst frei von Störungen sind. Bei dieser bekannten Einrichtung wird zur Einstellung des Entzerrers, beispielsweise in den Vertikalbildaustastlücken eines Fernsehbildes, ein Testsignal übertragen und das empfangene Testsignal, so wie es am Ausgang des Entzerrers ankommt, mit dem empfangsseitig erzeugten Vergleichssignal verglichen, und aus dem Verlauf des Fehlers der Differenz zwischen dem empfangenen Testsignal und dem Vergleichssignal, die nötigen Einstellkriterien gewonnen.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird in der Weise gelöst, daß der Kontrolleinrichtung eines vorstehend beschriebenen adaptiven Entzerrers zur Verknüpfung mit dem Ausgangssignal des Subtrahierers eine Bewertungsfunktion zugeführt wird. Diese Bewertungsfunktion bewertet den Fehler in Abhängigkeit seiner zeitlichen Position bezüglich des Vergleichssignals verschieden. Dabei ist es vorteilhaft, den günstigsten Verlauf der Bewertungsfunktion nach subjektiven Gesichtspunkten z. B. experimentell zu ermitteln. Es ist auch vorteilhaft, die Bewertungsfunktion zeitlich und wertmäßig zu quantisieren, so daß sie durch eine Folge von Bewertungskoeffizienten repräsentiert wird.
• Die Bewertungskoeffizienten werden dabei in vorteilhafter Weise im Zweier-Exponenten-Code der Kontrolleinrichtung zugeführt, sofern sie nicht den Wert Null haben.
• Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform werden die Bewertungskoeffizienten im Binärcode der Kontrolleinrichtung zugeführt.
• Ferner ist es vorteilhaft, wenn das empfangene Testsignal zugleich einer Zeiterkennungseinrichtung zugeführt wird, die den Takt der Kontrolleinrichtung sowie die Bewertungsfunktion und den Vergleichssignalgenerator steuert.
• Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in vorteilhafter Weise aus einem im Signalweg angeordneten einstellbaren Transversalfilter mit speichernden Einstellgliedern, einer die Einstellung der speichernden Einstellglieder bewirkenden Kontrolleinrichtung mit einem Korrelator, dessen einer Eingang über einen Digitalzahlen im Zweier-Exponenten-Code abgebenden Analog/ Digital-Wandler mit einem Abgriff des Transversalfilters und dessen zweiter Eingang über einen entsprechenden Analog/Digital-Wandler mit dem Ausgang eines Subtrahierers verbunden ist, dessen einer Eingang an einem Vergleichsgenerator und dessen anderer Eingang an dem Ausgang des Transversalfilters angeschlossen ist und daß ein dritter Eingang des Korrelators direkt mit einem die Bewertungsfunktion enthaltenden Speicher verbunden ist und dem Ausgang des Korrelators ein Signalverteiler nachgeschaltet ist.
• Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Es zeigt in der Zeichnung F i g. 1 den Aufbau eines Entzerrers im Blockschaltbild und F i g. 2 und 3 jeweils die in F i g. 1 gestrichelt umrahmte Kontrolleinrichtung.
• Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der Entzerrereingang mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet, und es sei angenommen, daß zur Einstellung ein Testsignal S verwendet wird, das beispielsweise in Vertikalbildaustastlücken gesendet werden kann. Der eigentliche Entzerrer besteht aus einem Transversalfilter 2, dessen Einstellung über die gestrichelt umrahmte Kontrolleinrichtung 4 adaptiv erfolgt. Am Ausgang 3 des Entzerrers kann dann das entzerrte Signal abgenommen werden. Zur Einstellung ist ein Eingang 14 der Kontrolleinrichtung 4 mit einem der Abgriffe des Transversalfilters 2 verbunden, während ein wei- terer Eingang 15 der Kontrolleinrichtung 4 mit dem Ausgang eines Subtrahierers 6 verbunden ist. Der Subtrahierer 6 bezieht seine Eingangssignale einerseits vom Ausgang 3 des Transversalfilters 2 und andererseits von einem Vergleichssignalgenerator 5. Im Ausführungsbeispiel ist die Schaltung dabei so vorgenommen, daß der Ausgang 3 des Transversalfilters 2 mit dem mit »+« bezeichneten Eingang und der Vergleichssignalgenerator 5 mit dem mit » - « bezeichneten Eingang des Subtrahierers 6 verbunden ist.
• Im Vergleichssignalgenerator 5 kann ein Signal hergestellt werden, mit dem das ankommende Testsignal S verglichen wird und das durch Differenzbildung im Subtrahierer 6 den im Signal S enthaltenen Fehler ek feststellt.
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Kontrolleinrichtung 4 an einem hierfür vorgesehenen weiteren Eingang 16 eine Bewertungsfunktion bk zugeführt wird, die nach subjektiven Gesichtspunkten den Fehler abhängig von der zeitlichen Lage zum Vergleichssignal verschieden bewertet. Diese Bewertungsfunktion ist im Zweier-Exponenten-Code in einem Speischer 7 gespeichert. Die Bewertungsfunktion bk und der durch Differenzbildung im Subtrahierer 6 ermittelte Fehler ek werden einem Multiplizierer 9 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Korrelator 11 verbunden ist. Ferner ist eine Zeiterkennung 10 vorgesehen, der das Testsignal S sowie das gesamte übertragene Signal zugeführt wird und die den Takt T der Kontrolleinrichtung 4 sowie die Bewertungsfunktion und den Vergleichssignalgenerator 5 steuert.
• In F i g. 2 ist eine Ausführungsform der in F i g. 1 strichliert umrahmten Kontrolleinrichtung 4 dargestellt. Sie besteht aus einem Korrelator 11' mit drei Eingängen, von denen einer mit dem Abgriff des Transversalfilters 2, der zweite mit dem Ausgang des Subtrahierers 6 und der dritte mit dem Speicher 7 für die Bewertungsfunktion verbunden ist. Die Bezeichnung 11' wurde gewählt, da dieser Korrelator im Unterschied zu dem Korrelator 11 in F i g. 1 noch den Multiplizierer 9 mitenthält. Den beiden erstgenannten Eingängen des Korrelators 11' ist dabei jeweils einAnalog-Digital-Wandler 17, 17' vorgeschaltet.
• Die im folgenden mit A/D-Wandler bezeichneten, gleichartig aufgebauten Analog-Digital-Wandler 17 und 17' sind derart ausgebildet, daß sie Digitalzahlen im Zweier-Exponenten-Code abgeben, und es werden diese digitalen Signale dem Korrelator 11' zugeführt, dem ausgangsseitig der Signalverteiler 12 nachgeschaltet ist. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wandelt der Signalverteiler 12 die einlaufenden digitalen Signale in entsprechende analoge um und verteilt diese zur Einstellung der Einstellglieder notwendigen Steuergrößen auf die Einstellglieder des Transversalfilters 2.
• Bei einem adaptiven Entzerrer der beschriebenen Art, der die mittlere quadratische Abweichung einer Testimpulsantwort von einem vorgegebenen Sollimpuls minimiert, erfolgt also die subjektive Optimierung der subjektiven Bildqualität in der Weise, daß die im Subtrahierer ermittelte Soll/Ist-Abweichung mit einer bezüglich der Lage des Hauptwertes der Impulsantwort entsprechenden zeitabhängigen Bewertungsfunktion multipliziert wird. Die Multiplikation dieser Abweichung ek mit der Bewertungsfunktion bk2 läßt sich auf eine Addition zurückführen, wenn die zu multiplizierenden Faktoren im Exponentialcode vorliegen. Dies ist dann statthaft, wenn das Gesamtprodukt gegen Null konvergiert. Nachfolgend sollen die mathematischen Zusammenhänge für diesen Sachverhalt wiedergegeben werden: Die bewertete mittlere quadratische Verzerrung läßt sich ausdrücken durch die Beziehung Zur Ermittlung des Minimums der mittleren quadratischen Verzerrung Qb wird die Ableitung 8Qb gebil-8Cf det, wobei cj die Koeffizienten des Transversalfilters darstellt.
• Aus der Beziehung ergibt sich für ein bestimmtes Cz = cj: a = Xkj und somit für In den A/D-Wandlern 17 und 17' erfolgt eine Umwandlung der Größen ek und Xkj in den Zweier-Exponenten-Code, während die Bewertungsfunktion b2k in vorteilhafter Weise bereits in dieser Realisierungsform entsprechend codiert gespeichert wird. Die einzelnen Faktoren liegen also im Exponentialcode vor, nämlich in der Form ek = 2 2n Xk-j = 2m bk = mit den bekannten, jeweils ganzzahlig gewählten Exponenten n = Id ek m = Id Xk~j p = ldb2k, so daß sich die Multiplikation auf eine Addition dieser Exponenten reduziert.
• In F i g. 3 ist der Korrelator 11' strichpunktiert umrahmt, und es sind wiederum die Anschaltpunkte der A/D-Wandler 17 und 17' erkennbar. Der Korrelator selbst besteht aus zwei Ringspeichern 18 und 18', die jeweils denA/D-Wandlern 17 und 17' nachgeschaltet sind. Die Ringspeicher 18 bzw. 18' liefern an ihrem Ausgang Zahlen m bzw. n, die im nachfolgenden Summierer 20, dem außerdem die Bewertungsfunktion in Form der Zahl p zugeführt wird, addiert werden.
• Das Schieberegister 19 für die Bewertungsfunktion braucht nur zum Auslesen eingerichtet zu sein (ROM-Speicher), denn bk charakterisiert ja eine unveränderliche Eigenschaft des Auges. Das Ergebnis der im Summierer 20 digital aufaddierten Exponenten m, n und p wird in einem nachfolgenden Decodierer 21 decodiert. Ein nachfolgender Additionsspeicher 22 bildet die Summe über das Produkt Der Korrelator 11' wird im Takt T gesteuert, ebenso der Speicher für die Bewertungsfunktion, und es wird vom Korrelator 11' das Korrektursignal digital abgegeben und durch den nachfolgenden Signalverteiler 12 beispielsweise in analoge Größen umgewandelt und verteilt. Der Takt T steuert die Kontrolleinrichtung derart, daß der adaptive Entzerrer das Abgleichkriterium der Minimierung des quadratischen Fehlers erfüllt.
• Die Multiplikation wird auf eine Addition von Potenzen zurückgeführt. Der Multiplizierer läßt sich also außerordentlich einfach realisieren. Alle Operationen können mit einfachen digitalen Bauelementen ausgeführt werden.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Optimierung der subjektiven Bildqualität eines adaptiv entzerrten Fernsehkanals unter Verwendung eines Testsignals, das einem im Signalweg angeordneten einstellbaren Transversalfilter mit speichernden Einstellgliedern zugeführt wird, deren Einstellung über eine Kontrolleinrichtung erfolgt, deren erster Eingang mit einem Abgriff des Transversalfilters und deren zweiter Eingang mit dem Ausgang eines Subtrahierers verbunden ist, dessen einer Eingang an einen Vergleichssignalgenerator und dessen anderer Eingang an den Ausgang des Transversalfilters angeschlossen ist, dadurch gekennzeichn e t, daß der Kontrolleinrichtung (4) zur Verknüpfung mit dem Ausgangssignal des Subtrahierers (6) eine Bewertungsfunktion zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsfunktion nach subjektiven Gesichtspunkten ermittelt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsfunktion zeitlich und wertmäßig quantisiert wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungskoeffizienten im Zweier-Exponenten-Code der Kontrolleinrichtung (4) zugeführt werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungskoeffizienten im Binärcode der Kontrolleinrichtung (4) zugeführt werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das empfangene Testsignal zugleich einer Zeiterkennungseinrichtung (10) zugeführt wird, die den Takt der Kontrolleinrichtung (4) sowie die Bewertungsfunktion und den Vergleichssignalgenerator (5) steuert.
7. 7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein im Signalweg angeordnetes einstellbares Transversalfilter (2) mit speichernden Einstellgliedern, einer die Einstellung der speichernden Einstellglieder bewirkenden Kontrolleinrichtung (4) mit einem Korrelator (11'), dessen einer Eingang über einen Digitalzahlen im Zweier-Exponenten-Code abgebenden Analog/Digital-Wandler (17) mit einem Abgriff des Transversalfilters (2) und dessen zweiter Eingang über einen entsprechenden Analog/Digital-Wandler (17') mit dem Ausgang eines Subtrahierers (6) verbunden ist, dessen einer Eingang an einem Vergleichssignalgenerator (5) und dessen anderer Eingang an dem Ausgang des Transversalfilters (2) angeschlossen ist und daß ein dritter Eingang des Korrelators(ll') direkt mit einem die Bewertungsfunktion enthaltenden Speicher (7) verbunden ist und dem Ausgang des Korrelators (11') ein Signalverteiler (12) nachgeschaltet ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung der subjektiven Bildqualität eines adaptiv entzerrten Fernsehkanals unter Verwendung eines Testsignals, das einem im Signalweg angeordneten einstellbaren Transversalfilter mit speichernden Einstellgliedern zugeführt wird, deren Einstellung über eine Kontrolleinrichtung erfolgt, deren einer Eingang mit einem Abgriff des Transversalfilters und deren anderer Eingang mit dem Ausgang eines Subtrahierers verbunden ist, dessen einer Eingang an einen Vergleichssignalgenerator und dessen anderer Eingang an den Ausgang des Transversalfilters angeschlossen ist.

   Beim manuellen Abgleich eines Fernsehkanals ist es gebräuchlich, den Kanal mit Hilfe von Testsignalen und den dazugehörigen Toleranzmasken auszumessen.

   Diese Tolerierungsmethode nach L e w i s ist in dem Aufsatz »Waveform Responses of Television Links« (Proc. IEE 101 Pt III, S. 258 bis 270) beschrieben.

   Wie sich gezeigt hat, schränkt die Linie konstanter subjektiver Verzerrung k = konstant den Bereich der Echoamplitude um so mehr ein, je weiter die Echos vom Hauptvorgang entfernt sind. Diesem Sachverhalt liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Echo den Betrachter um so mehr stört, je weiter es vom Hauptwert (im Fernsehbild Kante oder Strich) entfernt ist. Als subjektiv störungsfreie Ubertragung bezeichnet L e w i s hier die unverzerrte Wiedergabe eines sin2-Impulses mit der Halbwertsbreite 2 T (fg ist die Grenzfrequenz des Kanals), also die Abtastfolge 1/2, 1, 1/2. Die Abweichung von diesem Sollimpuls wird in der obenerwähnten Toleranzmaske,also linear über der Entfernung des Echos vom Hauptwert,gewichtet. Diese Bewertung ist ebenso wie das in etwa exponentieller Form erfolgende Abklingen der Toleranzmaske nur eine Näherung an die Wahrnehmbarkeit durch das menschliche Auge.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, mit der die subjektive Bildqualität eines adaptiv entzerrten Fernsehkanals optimiert werden kann.

   Die Erfindung geht dabei von einem adaptiven Entzerrer aus, wie er beispielsweise durch den Aufsatz »An Adaptive Equalizer for Television Channels« (»LEERE Transactions on Communications Technology«, Vol. Com. - 17, Nr. 6, Dez. 1969, S. 726 bis 734) bekannt ist. Bei diesem Entzerrer werden die vom Nachrichtenübertragungskanal bzw. Fernsehkanal kommenden Signale einem einstellbaren Entzerrer zugeführt, der in Form eines Transversalfilters ausgeführt ist. Das Transversalfilter selbst besteht aus einer Verzögerungsleitung mit speichernden Einstellgliedern, deren Einstellung über eine Kontrolleinrichtung erfolgt. Die Kontrolleinrichtung ist mit ihrem einen Eingang mit einem Abgriff des Transversalfilters verbunden, während ihr anderer Eingang an den Ausgang eines Subtrahierers angeschaltet ist.