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Verfahren zur Verminderung des Rauschens.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung des Rauschens
in einem von einem dynamischen Speicher abgenommenen Farbfernsehsignal.
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Es ist bekannt, daß die in einem Fernsehsignal-Gemisch auftretenden
Frequenzen nicht über die gesamte Frequenzbandbreite gleichmäßig oder statistisch
verteilt auftreten, sondern im wesentlichen in Form von Spektrallinien, abhängig
von der Zeilen- und der Bildfrequenz.
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Für die magnetische Speicherung von Fernsehsignalen sind verschiedene
Modulations- oder Umsetzverfahren bekannt. Bei dem vorwiegend in der Studioaufnahmetechnik
angewendeten Verfahren der Frequenzmodulation werden die Amplitudenänderungen des
Fersehsignal-Gemisches in Frequenzänderungen umgesetzt und diese einem Träger mit
sehr hoher Frequenz aufgeprägt.
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Die Farbträgerfrequenz bleibt dabei in die Spektrallinien des Schwarz-Weiß-Fernsehsignals
eingeschachtelt, so daß sie auch nach der Modulation als Spektrallinie zwischen
denen des Schwarz-Weiß-Signals aufgefaßt werden kann.
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Bei den anderen Verfahren der Umsetzung des Farbträgers auf eine niedrigere
Frequenz als die genormten von beispielsweise 4,43 MHz, das vor allem bei der magnetischen
Speicherung von Farbfernsehsignalen auf Geräten, deren obere Grenzfrequenz unterhalb
dieser hohen Frequenz liegt, angewendet wird, liegt der Farbträger unterhalb des
Bereiches für die Luminanzaufzeichnung.
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Bei der Wiedergabe des solchermaßen, beispielsweise auf magnetischen
Träger1 aufgezeichneten Fernsehsignals stellt man nun fest, daß das wiedergegebene
Signal mit einem Rauschanteil behaftet ist, der bei der Aufzeichnung nicht vorlag.
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Dieser Rauschanteil setzt sich im wesentlichen zusammen aus: dem Bandrauschen
infolge der statistischen Verteilung der magnetisierbaren Bezirke auf der Oberfläche;
dem Rauschanteil aus den statistischen Schwankungen, denen der Abstand Kopfspiegel-Bandoberfläche
unterliegt; dem Rauschen des Aufnahme- und dem des Wiedergabekanals.
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Zusammenfassend spricht man vom Modulationsrauschen.
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Dasrfindungsgemäße Verfahren zur Verminderung des Rauschens in einem
von einem dynamischen Speicher abgenommenen Farbfernsehsignals stützt sich auf folgende
Erkenntnisse über das Störspannungsverhalten des von einem magnetischen Speicher
abgenommenen Fernsehsignals: 1. Alle im wiedergegebenen Signal enthaltenen Spektrallinien
sind mit Nodulationsrauschen behaftet. Diese Tatsache bewirkt, daß sich die Spektrallinien
mit dem Inhalt des Nutzsignals nicht übergangslos aus dem Rauschuntergrund herausheben,
sondern daß sie beidseits des Maximalwertes einen erheblichen Rauschanteil aufweisen,
der mit wachsender Entfernung vom Maximalwert der Spektrallinie abnimmt.
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2. Das Modulationsrauschen setzt sich aus einem Amplituden-und einem
Phasenanteil zusammen.
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3. Der Modulationsgrad sowohl des Amplituden- als auch des Phasenanteils
des Modulationsrauschens ist abhängig von der Frequenz der jeweiligen Spektrallinie
und steigt mit der Frequenz an.
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Diese letztere Erscheinung ist - allerdings ohne die Aufteilung der
Rauschanteile in einem amplituden- und einem phasenmodulierenden - bekannt. Der
Anstieg erfolgt etwa geradlinig bis zur oberen Grenzfrequenz, weshalb man allgemein
von dreieckförmigem Rauschen spricht.
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4. Der amplitudenmodulierende Rauschanteil der einzelnen Spektrallinien
ist miteinander korreliert. Dieses Ergebnis der angestellten Untersuchungen ist
erklärlich aus den Besonderheiten der magnetischen Speicherung. Es ist denkbar,
daß die statistische Verteilung der unter dem Kopfrad vorbeibewegten magnetischen
Speicherbezirke oder auch die Aufeinanderfolge der sich ändernden Band-Kopf-Kontakte
sich als Amplitudenanteile des Rauschens manifestieren.
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5. Ein wesentlicher Teil des phasenmodulierenden Rauschens ist mit
dem amplitudenmodulierenden Rauschen korreliert und zwar derart, daß mit einer großen
Amplitude eine Phasenvoreilung und mit einer kleinen eine Phasennacheilung verbunden
ist.
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Es besteht also die Aufgabe, das bei der dynamischen, insbesondere
bei der magnetischen Speicherung auftretende Modulationsrauschen wirksam zu vermindern.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Patentanspruch genannten
Maßnahmen. Insbesondere sollen Phasenverschiebungen, die in Abhängigkeit von der
Amplitude der abgenommenen Signale auftreten, kompensiert werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung
mit der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Von diesen zeigt: Fig. 1 die Zeigerortskurve der Verknüpfung des Amplituden-und
des Phasenanteils des Rauschens im wiedergegebenen Signal;
Fig.
2 der grundsätzliche Verlauf des Amplitudenanteils des Rauschens; Fig. 3 den Verlauf
des Modulationsgrades des Amplitudenanteils des Rauschens nach dem Passieren eines
Amplitudenbegrenzers; Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur Beseitigung des mit dem
amplitudenmodulierten Rauschanteils korrelierten phasenmodulierten Rauschens, Fig.
5 die Koordinatendarstellung des Rauschbildes nach Fig. 1.
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Bild 1 zeigt die festgestellte Abhängigkeit der Phase des Rauschens
von der jeweiligen Amplitude in polarer Darstellung. Die Länge der vom Achsenschnittpunkt
ausgehenden Vektoren ist ein Maß für den Augenblickswert der Rauschamplitude, ihre
Neigung zur Ordinate ein Maß für ihre Phasenlage zur ungestörten Spektrallinie,
beispielsweise zum Farbträger.
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a stellt ein Rauschvektor dar, dessen Amplitude unterhalb eines Wertes
liegt, bei dem gerade keine Phasenverschiebung auftritt. Infolgedessen weist er
entsprechend dem oben bereits gesagten eine Phasennacheilung auf; die Größe des
Vektors b liegt über diesem Wert, daher die Phasenvoreilung. Die Spitzen der Vektoren
des mit dem phasenmodulierten Rauschen korrelierten amplitudenmodulierten Rauschanteils
liegen also auf der Linie c.
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Passiert ein Signal mit diesen Eigenschaften einen Amplitudenbegrenzer,
wie es bei der herkömmlichen Weiterverarbeitung des vom magnetischen Träger wiedergegebenen
Signals der Fall ist, so wird das Modulationsrauschen näherungsweise folgendermaßen
beeinflußt: a) das phasenmodulierte Rauschen wird vom Begrenzer nicht verändert;
b) der Modulationsgrad des amplitudenmodulierten Rauschens wird für alle Spektrallinien
um den selben Wert vermindert, nämlich um den Rauschmodulationsgrad, den die Linie
nullter
Ordnung, beispielsweise der Farbträger, vor der Amplitudenbegrenzung aufwies.
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Damit verschwindet der amplitudenmodulierte Rauschanteil des Farbträgers,
während für die anderen Spektralanteile beidseits des Farbträgers ein mit wachsendem
Frequenzabstand zunehmender amplitudenmodulierter Rauschanteil zurück bleibt, wobei
sich die Polarität der Rauschamplitude unterhalb des Farbträgers umgekehrt hat.
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Die beschriebenen Zusammenhänge sind in den Figuren 2 und 3 dargestellt.
Fig. 2 zeigt den Modulationsgrad m des Rauschanteils, der sich als Amplitudenänderung
bemerkbar macht in Abhängigkeit von der Frequenz. Er weist, von 0 beginnend, mit
steigender Frequenz einen immer höheren Pegel auf und folgt damit dem in der Literatur
bereits beschriebenen dreieckförmigen Verlauf (sogenanntes Rauschdreieck).
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Wenn ein amplitudenbegrenzendes Bauelement so eingestellt wird, daß
im Bereich der Mutterfrequenz des Nutzsignals alle Rauschstörungen, die sich als
Amplitudenmodulation des frequenzmodulierten Signals bemerkbar machen, vollständig
abgetrennt werden, so ergibt sich für diese Frequenz der Rauschmodulationsgrad "Null",
während die benachbarten Spektrallinien einen amplitudenmodulierten Rauschanteil
zurückbehalten. Dabei wächst der Rauschmodulationsgrad mit wachsendem Frequenzabstand
von dem rauschfreien Mutterband, wobei auch noch unterhalb der Mutterfrequenz die
Polarität sich umkehrt. Diese Zusammenhänge sind in Fig. 3 gezeigt. Die Linie d)
aus Fig. 2 als Verbindungslinie aller Amplitudenrauschvektoren ist soweit parallel
abgesenkt, daß sie als Linie d' die Abszisse bei der Frequenz des Farbträgers schneiden.
Sowohl in Richtung fallender Frequenz als auch in Richtung steigender Frequenz nimmt
die Rauschamplitude stetig und symmetrisch zu.
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Die Reduzierung des im Signal nach dem Durchgang durch den Amplitudenbegrenzer
verbleibenden Phasenrauschens erfolgt nun durch folgende Maßnahmen: Unter Ausnutzung
der in Bild 1 gezeigten Gesetzmäßigkeit, nämlich den Zusammenhang zwischen Rauschamplitude
und Rauschphase, wird die Schwelle des Begrenzers von Halbwelle zu Halbwelle umgeschaltet.
Uberträgt man die polare Darstellung des Rauschverhaltens aus Fig. 1 in eine Koordinatendarstellung,
so erhält man ein Rauschbild nach Fig. 5. In dieser Figur sind die Rauschanteile
einer unmodulierten halben Trägerschwingung mit verschiedenen Amplituden S1, S2,
Sa, dargestellt. Zwischen der Größe der Rauschamplitude und deren Phasenlage besteht
der oben erwähnte Zusammenhang, weshalb die kleinere Amplitude S1 des Modulationsrauschens
eine nacheilende, die größere 83 eine voreilende Phasenbeziehung zu der mittleren
S2 aufweist.
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Wenn angenommen ist, daß die Phasenverschiebung der mittleren Rauschamplitude
gegenüber der Trägerschwingung gerade Null ist, dann muß die Schwelle des Begrenzers
jeweils so gelegt werden, daß die Umschaltung stets genau in den Zeitpunkten 1800
und 3600 (00) erfolgt. Dies geschieht beispielsweise mit einer Schaltungsanordnung
nach Fig. 4. Dem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers und Begrenzers
wird bei 1 das mit Modulationsrauschen behaftete Signal aus der Wiedergabeeinrichtung
zugeführt. Das am Ausgang des Differenzverstärkerns und Begrenzers 2 anstehende
Signal wird bei 3 entnommen und über ein Verzögerungsglied 4 und ein Dämpfungsglied
5 dem invertierenden Eingang der Einrichtung 2 zugeführt. Mittele des Dämpfungsgliedes
kann die Größe des rückgeführten Signalanteils festgelegt werden, die Verzögerungseinrichtung
4 ist erforderlich, um die Umschaltung der Schaltwelle rechtzeitig
von
dem Schwingungsdurchgang zu bewerkstelligen.
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Im allgemeinen wird man die Verzögerungszeit so bemessen, daß sie
etwa dem Viertel einer Schwingungsdauer entspricht.
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Die Umschaltung erfolgt dann etwa in der Mitte zwischen zwei Durchgängen
des eingehenden Signals. Anstelle des Differenzverstärkers und Begrenzers kann auch
ein Schwellwertschalter mit vorgeschalteter Addierstufe, die einen invertierenden
Eingang aufweist, verwendet werden.