DE2430484C2 - Verfahren zur Optimierung der subjektiven Bildqualität eines adaptiv entzerrten Fernsehkanals und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung der subjektiven Bildqualität eines adaptiv entzerrten Fernsehkanals unter Verwendung eines Testsignalis, das einem im Signal weg 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

Beim manuellen Abgleich eines Fernsehkanals ist es gebräuchlich, den Kanal mit Hilfe von Testsignalen und den dazugehörigen Toleranznnasken auszumessen. Diese Tolerierungsmethode nach Lewis ist in dem Aufsatz »Waveform Responses of Television Links« (Proc. IEE 101 Pt IH, S. 258 bis 270) beschrieben. Wie sich gezeigt hat, schränkt die Linie konstanter subjektiver Verzerrung k = konstant den Bereich der EchoampHtude uni 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 Übertragung bezeichne: Lewis hier die unverzerrte Wiedergabe eines sin²-Impulses mit der Halbwertsbreite

2T= f (fg »st die Grenzfrequenz des Kanals), also die Abtastfolge 1/2, I. 1/2. Die Abweichung von diesem Sollimpuls wird in der obenerwähnten Toleranzmaske, also linear über der Entfernung des Echos vom Hauptwertgewichtet. 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« (»IEEE 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. 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 Tcstsignal, so wie es am

Ausgang des Entzerrers ankommt, mit dem cmpfangsseitig erzeugten Vergleichssignal verglichen, und aus dem Verlauf des Fehlers der Diflereaz 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

Fig. 2 und 3 jeweils die in Fig. 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 Vertikal- 6c bildaustastlücken 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 Transversalfiltcrs 2 verbunden, während ein weiterer Eingang 15 der Kontrolleinrichtung 4 mit dem Ausgang eines Subtrahierers & verbunden isL Der Subtrabierer 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 Transversalfilter 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 e_k feststellt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Kontrolleinrichtung 4 an einem hierfür vorgesehenen weiteren Eingang 16 eine Bewertungsfunktion b\ 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 Speicher 7 gespeichert. Die Bewertungsfunktion b\ und der durch Differenzbildung im Subtrahierer 6 ermittelte Fehler e_k werden einem Multiplizierer 9 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Korrelator 11 verbunden ist. Ferner ist eine Zeiterkennung 10 vorgesehen, der das Teslsignal S sowie das gesamte übertragene Signal zugeführt wird und die den Takt T der Kontrolleinrichtung 4 sowie die Bewertungsfunktion und den Vergleichssignalgenerator S steuert.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der in Fig. 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. I noch den Multiplizierer 9 mitenthält. Den beiden erstgenannten Eingängen des Korrelators 1Γ ist dabei jeweils ein Analog-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 Digilalzahlen im Zweier-Exponenten-Code abgeben, und es werden diese digitalen Signale dem Korrelator 11' zugeführt, dem ausgangsseitig der Signalverteller 12 nachgeschaltet ist. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wandelt der Signal verteiler 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 zeilabhängigen Bewertungsfunktion multipliziert wird. Die Multiplikation dieser Abweichung e_k mit der Bewertungsfunktion b\ läßt sich auf eine Addition zurückführen, wenn die zu multiplizierenden Faktoren im Exponcntialcode vorliegen. Dies ist dann statthaft, wenn das Gesamt-

produkt gegen Null konvergiert. Nachfolgend sollen die mathematischen Zusammenhänge für diesen Sachverhalt wiedergegeben werden:

Die bewertete mittlere quadratische Verzerrung läßt sich ausdrucken durch die Beziehung

Qi, = lim — > (y_k - a_k)² ■ hl = lim ei ■ bl .

Zur Ermittlung des Minimums der mittleren quadratischen Verzerrung Q_h wird die Ableitung ' ?'■ izebil-

det, wobei c-_t die Koeffizienten des Transversalfillers darstellt.

Sc₁

Aus der Beziehung

ergibt sich für ein bestimmtes

'' ^{= C}'^: tc~- ⁼ **-'
und somit für '

H-j

In I⁷ig. 3 ist der Korrelator IΓ strichpunktiert umrahmt, und es sind wiederum die Anschaitpunktc

ίο der A/D-Wandler 17 und 17' erkennbar. Der Korrelator selbst besteht aus zwei Ringspeichern 18 und 18', die jeweils den A/D-Wandlern 17 und 17' nachgeschaltet sind. Die Ringspeichcr 18 bzw. 18' liefern an ihrem Ausgang Zahlen m bzw. n, die im nachfolgenden Summierer 20, dem außerdem die Bewertungsfunktion in Form der Zahl ρ zugeführt wird, addiert werden. Das Schieberegister 19 für die Bewertungsfunktion braucht nur zum Auslesen eingerichtet zu sein (ROM-Speicher), denn h_k charakterisiert ja eine unveränderliehe Eigenschaft des Auges. Das Ergebnis der im Summierer 20 digital aufaddierten Exponenten m, η und ρ wird in einem nachfolgenden Decodierer 21 decodiert. Ein nachfolgender Additionsspeicher 22 bildet die Summe über das Produkt

= 2 lim

,■hi = 0.

In den A/D-Wandlcrn 17 und 17' erfolgt eine Umwandlung der Größen c_k und x_k-j in den Zweicr-Exponenten-Code, während die Bewertungsfunktion /?| in vorteilhafter Weise bereits in dieser Realisierungsform entsprechend codiert gespeichert wird. Die einzelnen Faktoren liegen also im Exponentialcode vor, nämlich in der Form

Ck = 2

V — T"

^Xk-j — ^l

hl = 2<·

mit den bekannten, jeweils ganzzahlig gewählten Exponenten ,] = ]<j _Ck

m = \dx_k-.j ρ = \dh² _k,

so daß sich die Multiplikation auf eine Addition dieser Exponenten reduziert.

30 Der Korrelator 11' wird im Takt T gesteuert, ebenso der Speicher für die Bewertungsfunktion, und es wird vom Korrelator Il' 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.

₄c 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.

45

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

24 30 4Ö4 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 ι ο 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 gekennzeichnet, daß der Kontrolleinrichtung (4) zur Verknüpfung mit dem Ausgangssignal des Subtrahierers (6) eine Bewertungsfunktion zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsfunktion nach subjektiven Gesichtspunkten ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsfunktion zeitlich und wertmäßig quantisiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,' daß die Bewertungskoeffizienten im Zweier-Exponenten-Code der Kontrolleinrichtung (4) zugeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungskoeffizienten im Binärcode der Kontrolleinrichtung (4) zugeführt werden.

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 (S) steuert.

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 (W), 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 Korrektors (1Γ) direkt mit einem die Bewertungsfunktion enthaltenden Speicher (7) verbunden ist und dem Ausgang des Korrelator (1Γ) ein Signalverteiler (12) nachgeschaltet ist.