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Dropouterkennungsschaltung für einen frequenzmodulierten
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Träger, insbesondere für ein Videoaufzeichnungsgerät Bei der Aufzeichnung
eines Videosignals, z.B. auf einem Magnetband oder einer Bildplatte, wird bekanntlich
das Signal in Form eines frequenzmodulierten Trägers aufgezeichnet, da dann durch
eine Amplitudenbegrenzung Amplitudenschwankungen weitestgehend beseitigt werden
können. Bei solchen Aufzeichnungsgeräten entstehen durch Fehlstellen in der Aufzeichnungsschicht,
durch Fremdkörper und eine Vielzahl anderer Einflüsse Lücken im abgetasteten modulierten
Träger, die im wiedergegebenen Bild zu Signalausfällen in Form mehr oder weniger
langer waagerechter Streifen führen. Diese Fehler werden als Dropout bezeichnet.
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Zur Verringerung solcher Fehler ist es bekannt (DT-AS 12 02 315),
in einem Amplitudengleichrichter aus dem modulierten Träger beim Auftreten eines
Dropout einen Markierimpuls zu gewinnen und damit während des Dropout den Signalweg
auf ein Ersatzsignal umzuschalten. Der Ersatzsignalweg liefert dabei z.B. das Signal
einer vorangehenden Zeile mittels einer Verzögerungseinrichtung für eine oder mehrere
Zeilendauern. Das Ersatzsignal kann auch eine einem Grauwert entsprechende feste
Gleichspannung oder eine durch Integration des Videosignals gewonnene Spannung sein.
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Derartige Schaltungen erfordern also einen Detektor zur Feststellung
eines Dropout und zur Erzeugung des das Dropout anzeigenden Markierimpulses. Dieser
Impuls kann direkt oder nach einer Aufbereitung als Schaltimpuls zur Umschaltung
auf das Ersatz signal verwendet werden.
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Bei einer bekannten Schaltung (DT-OS 25 25 074) wird das Ausgangssignal
des FM-Demodulators außer einem Tiefpaß zur Gewinnung des Nutz-Videosignals einem
zweiten Tiefpaß mit einer wesentlich größeren Bandbreite als der des ersten Tiefpasses
zugeführt. Das Ausgangssignal dieses zweiten Tiefpasses wird einem Maximalvergleicher
und einem Minimalvergleicher zugeführt. Diese beiden Vergleicher liefern je einen
Impuls, wenn das Videosignal am Ausgang des zweiten Tiefpasses einen Minimalvert
unterschreitet oder einen Maximalwert überschreitet. Die Ausgangsspannungen der
beiden Vergleicher werden addiert, und die Summe bildet den Markierimpuls, der das
Auftreten eines Dropout kennzeichnet. Bei dieser Schaltung muß das demodulierte
Signal mit großer Bandbreite auf die Vergleicher gegeben werden. Dabei sind zwei
Vergleicher notwendig, um die Dropouts in beiden Richtungen zu erfassen. Außerdem
muß der erzeugte Markierimpuls durch zusätzliche Dehnungsschaltungen verlängert
werden, damit er als Schaltimpuls den Signalweg genügend lange auf den Ersatzsignalweg
umschaltet.
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Derartige Schaltungen haben also einen oder mehrere Schwellwerte,
bei deren Überschreiten oder Unterschreiten jeweils der Markierimpuls erzeugt wird.
Dieser Schwellwert sollte dicht am Amplitudenbereich des Nutzsignals liegen, damit
möglichst alle Dropouts erfaßt werden. Andererseits darf aber der Schwellwert nicht
innerhalb dieses Amplitudenbereichs liegen, da dann Anteile des Nutzsignals als
Dropouts gewertet werden. Da bei bekannten Schaltungen ein einmal eingestellter
Schwellwert stets Schwankungen unterliegt, z.B.
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durch Temperaturänderungen und Änderungen von Eigenschaften der Bauteile,
muß aus Sicherheitsgründen der Schwellwert einen bestimmten Abstand vom Amplitudenbereich
des Nutzsignals haben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dropout-Erkennungsschaltung
zu schaffen, bei der der Schwellwert selbsttätig möglichst nahe am Amplitudenbereich
des Nutzsignals gehalten wird und somit möglichst alle Dropouts erfaßt werden, d.h.
einen Narkierimpuls erzeugen.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Zur Durchführung der Erfindung kann in das aufgezeichnete, frequenzmodulierte
Signal ein besonderes Signal mit periodisch wiederkehrender konstanter Frequenz
eingefügt werden, z.B. in Form einiger Schwingungen während der vorderen oder hinteren
Schwarzschulter. Vorzugsweise werden die Synchronimpulse verwendet, die im FM-Träger
immer derselben Frequenz entsprechen.
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Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen. Bei einem frequenzmodulierten
Träger entsprechen die Synchronimpulse oder der vor und hinter den Synchronimpulsen
übertragene Schwarzpegel periodisch wiederkehrenden Frequenzen des FM-Trägers. Da
die Synchronimpulse in einem Amplitudenbereich außerhalb des BA-Signals liegen,
sind diese Impulse zur selbsttätigen Stabilisierung des Schwellwertes besonders
gut geeignet, indem die Schaltung so bemessen wird, daß die Synchronimpulse selbst
bereits als Dropouts gewertet werden und somit Markierimpulse erzeugen. Es entstehen
dann zwar periodisch Markierimpulse, die nicht vorhandene Dropouts vortäuschen.
Diese Narkierimpulse können sich jedoch bei der
eigentlichen Dropoutkompensation
nicht störend auswirken, weil zu ihren Zeiten keine Bildwiedergabe erfolgt. Selbst
wenn diese Markierimpulse bei der Dropoutkompensation selbst stören, so können sie
mühelos beseitigt werden, da sie zu periodisch wiederkehrenden, bekannten Zeitpunkten,
nämlich während der Austastzeiten erscheinen. Die Markierimpulse können daher z.B.
durch Austastimpulse für die eigentliche Dropoutkompensationsschaltung unwirksam
gemacht werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung an mehreren
Ausführungsbeispielen erläutert. Darin zeigen Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Erfindung,
Fig. 2 eine besondere Ausführung der Schaltung nach Fig. 1, Fig. 3 Kurven zur Erläuterung
der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2, Fig. 4 eine Ausführungsform der Dropouterkennungsschaltung
von Fig. 1 mit digitaler Ausgangsspalmung, Fig. 5 eine Weiterbildung der Schaltung
nach Fig. 4, Fig. 6 eine andere Weiterbildung der Schaltung nach Fig. 1 bzw. 4,
Fig. 7 ein erweitertes Ausführungsbeispiel der Schaltung nach Fig. 4 und Fig. 8
Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 7.
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In Fig. i gelangt ein von einem Aufzeichnungsgerät kommender, mit
einem Videosignal modulierter FM-Träger von einer Klemme 1 zu einer. Dropouterkennungsschaltung
2, die an der Klemme 3 Markierimpulse 4 liefert. Die Schaltung 2 hat die Aufgabe,
Markierimpulse 4 zu liefern, wenn der FM-Träger eine bestimmte Frequenzgrenze über-
bzw. unterschreitet. Diese Frequenzgrenze, d.h. ein Schwellwert der Frequenz, wird
durch die periodisch im FM-Träger wiederkehrende Frequenz, die den Zeilensynchronimpulsen
entspricht, automatisch festgelegt.
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Der Schwellwert der Schaltung 2 ist mit fl bezeichnet. fi ist von
einer Regelspannung UR abhängig. Diese Regelspannung wird durch Integratïon der
Impulse 4 in der Stufe 5 und anschließende Verstärkung in dem Verstärker 6 gewonnen.
Der Schwellwert f1 liegt hier also am unteren Ende des Hubbereichs des FM-Trägers
an der Klemme 1. Bei zunehmender Anzahl oder Breite der Impulse 4 verändert sich
UR so, daß die Frequenzgrenze zu tieferen Frequenzen verschoben wird. Damit muß
die Anzahl oder die Breite der Impulse 4 wieder abnehmen, da sich die Frequenzgrenze
vom Hubbereich entfernt und kaum noch Synchronimpulse als Dropouts gewertet werden.
Ist z.B. die Verstärkung v des Verstärkers 6 so eingestellt, daß UR die Frequenzgrenze
auf die dem Synchronpegel entsprechende Frequenz bringt, wenn jeder Synchronimpuls
nur mit seiner halben Breite einen Impuls 4 erzeugt, dann wird im stabilen Betrieb
diese Frequenzgrenze mit hoher Genauigkeit eingehalten. Eine Abweichung nach unten
würde die Regelspannung null werden lassen, eine Abweichung nach oben würde die
Regelspannung zunächst wenigstens verdoppeln.
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Solange der durch tatsächliche Dropouts erzeugte Regelspannungsanteil
nicht die durch die Hälfte aller Synchronimpulse erzeugte Regelspannung erreicht,
bleibt die Frequenzgrenze unverändert. Eine Austastung der wirklichen Dropouts aus
den für die Regelspannungserzeugung verwendeten Impulsen wird daher meist nicht
erforderlich sein. Vorzugsweise wird dafür gesorgt, daß für die Umschaltung des
Videosignals auf ein Ersatzsignal, also die eingangs erwähnte eigentliche Dropoutkompensation,
die in den Austastlücken wirksamen Impulse 4 unwirksam sind. Dieses läßt sich mit
Hilfe der ohnehin meist vorhandenen Austastimpulse durchführen.
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In Fig. 2 besteht die Dropouterkennungsschaltung aus einem FM-Demodulator
7, einem Tiefpaß 8 und einem Schmitt-Trigger 9.
Der Schmitt-Trigger
dient als eigentliche Schwellwertschaltung.Uv ist die Vorspannung, d.h. die Spannung,
die am Ausgang des Demodulators 7 bei fehlendem Signal auftritt, und die Spannung
UFN ist die durch den Träger an der Klemme 1 erH zeugte Spannung. Der Schmitt-Trigger
hat eine kleine Hysterese, arbeitet also praktisch als Vergleichsschaltung. Er liefert,
sobald die Eingangsspannung den Trigger-Punkt UT erreicht, den Impuls 4. Durch die
erfindungsgemäße Regelung über die Stufen 5,6 mittels der Spannung UR wird also
z.B.
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die Vorspannung Uv des Demodulators 7 geändert und damit der Spannungsbereich
des Signals am Demodulatorausgang gegenüber dem festen Trigger-Punkt UT verschoben.
Es kann auch bei fester D emodulatorvor spannung der Trigger-Ptlnlst verändert werden.
Das deutet die gestrichelte Linie 16 in Fig. 2 an.
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Für die Dauer der Trigger-Punktunterschreitung wird jeweils ein Impuls
4 erzeugt.
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Fig. 3 zeigt die zugehörigen Spannungsdiagramme, und zwar Fig. 3a
bei einer linearen Kennlinie des Demodulators 7 und Fig. 3b bei einer Demodulatorkennlinie
mit einem flachen Maximum innerhalb des Hubbereichesv Eine Dropouterkennungsschaltung
mit einer solchen flachen Kennlinie ist beschrieben in der älteren Patentanmeldung
P 26 37 013. Der Dropout D1 unterschreitet den Hubbereich, der Dropout D2 überschreitet
den Hubbereich des Nutzsignals. Will man mit der Schaltung gemäß Fig. 2 beide Dropouts
D1,D2 erfassen, so wird vorzugsweise die für Fig. 3b genannte Kennlinie des Demodulators
7 angewendet. Die Regelspannung UR kann in Fig. 2 entweder die Vor spannung U des
Demodulators 7 beeinflussen oder die v Triggerspannung UT des Schmitt-Triggers 9
verschieben. Letzteres ist besonders dann angebracht, wenn für die Videodemodulation
und zur Dropouterkennung derselbe FM-Demodulator verwendet wird (DT-OS 25 25 074
). Dieser Demodulator muß dann in weiten Grenzen linear sein (Zähldemodulator).
Sollen gemäß Fig. 3a beide Dropouts erfaßt werden, dann sind für die
beiden
Frequenzgronzen zwei Vergleichsschaltungen erforderlich, deren Trigger-Punkte mit
derselben Spannung UR gleichsinnig beeinflußt werden. Die Schaltung gleicht Fig.
6, wenn 13 und zu 3 ' 13' die. beiden Vergleichsschaltungen sind.
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Fig. 4 zeigt eine praktisch ausgeführte Schaltung, die der Schaltung
nach Fig 1 entspricht. Die Dropouterkennung besteht hier aus einem Monoflop 10,
das bei jeder abfallenden Flanke des an der Klemme 1 stehenden FM-Trägers einen
Impuls 11 erzeugt, dessen Breite von der Frequenz des Trägers nicht abhängig ist.
Die Impulsbreite des Impulses 11 wird mit dem nachgeschalteten D-Flip-Flop 12 mit
der Dauer einer Efalbwelle des FM-Trägers verglichen. Bei der Übereinstimmung von
beiden liegt der Umschaltpunkt des D-Flip-Flops, d.h. der Schwellwert der Frequenz
des Trägers, bei der der Schaltimpuls 4 erzeugt wird, also der Wert f1 in Fig. 1.
Das D-Flip-Flop 12 gibt für die Dauer des Unterschreitens der Frequenzgrenze an
seinem Q-Ausgang einen negativen Impuls 4 ab. Die Impulse 4 erzeugen in dem Transistor
T einen Kollektorstrom, der der Dauer der Impulse 4 proportional ist.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist folgende. Der obere Wert der
Impulse 4 liegt hinter dem Kondensator C1 auf einem Spannungswert, der durch die
Basis-Emitterspannung des Transistors T festgelegt ist. Während des negativen Impulses
fließt dann über den Widerstand Ri eine Ladungsmenge, die der Impulsdauer proportional
ist, da die Spannung und der Widerstand R1 konstant sind. Die Ladungsmenge fließt
dann während der positiven Impulsspannung über die Basis des Transistors T und ergibt
multipliziert mit der Stromverstärkung die über den Kollektor fließende Ladungsmenge.
Die Spannung UR am Kollektor des Transistors T wird also kleiner mit steigender
Breite der Impulse 4, d.h. mit Verschiebung der Frequenzgrenze zu höheren Frequenzen.
Diese Spannung UR
steuert über den Widerstand R2 die Impulsbreite
der Impulse li am Ausgang des Monoflop 10. Mit kleiner werdender Spannung UR werden
die Impulse 11 breiter, d.h. die Frequenzgrenze wird zu tieferen Frequenzen verschoben,
so daß die Menge und Breite der Impulse 4 wieder abnimmt und der entgegengesetzte
Vorgang ausgelöst wird. Durch die große Zeitkonstante der Integrationsschaltung
stellt sich jedoch ein stabiler Betriebszustand ein. Ein FM-Demodulator gemäß Fig.
4 ist näher beschrieben in "Elektronikpraxis" Nr. 7/8 August 1972, Seite 6. Wirkungsweise
und Anwendung eines solchen digitalen Demodulators sind außerdem in einer älteren
Patentanmeldung desselben Anmelders beschrieben.
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Die Schaltung nach Fig. 4 hat an sich noch den Nachteil, daß sie nur
den Abstand zwischen abfallender und ansteigender Flanke des FM-Trägers an der Klemme
1 überprüft, d.h. nur jede zweite Halbwelle.
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Fig. 5 zeigt eine Schaltung, bei der dieser Nachteil vermieden ist.
Die Schaltung besteht aus zwei gleichen Schaltungen 13,13', die je der Schaltung
nach Fig. 4 entsprechen, wobei vor der Schaltung 13' der Inverter 15 liegt. Die
Schaltung ist insbesondere für einen Bildplattenspieler geeignet, bei dem praktisch
nur zu tiefen Frequenzen gehende Dropouts auftreten.
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Fig. 6 zeigt eine Schaltung, die im Prinzip wie die nach den Fig.
4,5 arbeitet, jedoch nicht nur beim Unterschreiten der Frequenzgrenze f1, sondern
auch beim Überschreiten der Frequenzgrenze f2 anspricht. Zu diesem Zweck sind zwei
Schaltungen 13,13' gemäß Fig. 5 bzw. Fig. 4 vorgesehen, die auf die Frequenz f1
und die darüberliegende Frequenz 2 eingestellt sind. Die Ausgangsspannungen dieser
beiden Schaltungen 13,13' werden mit entgegengestzter Polarität in der UND-Stufe
14 kombiniert, die dann die Impulse 4 liefert. Dabei
wird die Schaltung
13' für die zweite Frequenzgrenze f2 ebenfalls von der RegeQspannung UR für die
erste Schaltung 13 für die Frequenzgrenze fi gesteuert. Die Einstellung der zweiten
Frequenzgrenze f2 kann durch eine einstellbare Abhebung erfolgen oder durch eine
andere Bemessung. Z.B. kann in der Schaltung nach Fig. 4 der Wert der Bauteile C2
oder R2 geändert werden. Eine solche Schaltung bietet die Möglichkeit, eine geregelte
Dropouterkennungsschaltung zu schaffen, deren Frequenzgrenzen nicht mit dem im FM-Träger
periodisch wiederkehrenden Frequenzwert übereinstimmt.
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Fig. 7 zeigt eine Weiterbildung der Schaltung nach Fig. 4.
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Wie in Fig. 4 stellt sich auch hier die Regelspannung UR zur Zeit
der Synchronimpulse so ein, daß die Frequenzgrenze fI mit der den Synchronimpulsen
zugeordneten Frequenz im FM-Träger übereinstimmt. Der Regelspannung UR sind jedoch
die Synchronimpulse S mit einstellbarer Amplitude überlagert, so daß in den Zeitabschnitten
zwischen den Impulsen die Frequenzgrenze f einstellbar ist. Die Frequenzgrenze für
die Dropouterkennung ist hier also frei wählbar, wird aber trotzdem durch die periodisch
im FM-Träger wiederkehrende Frequenz geregelt.
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Die Wirkungsweise wird an Hand der Fig. 8 erläutert. Fig. 8a zeigt
das demodulierte Signal, das durch FM-Demodulation des Trägers an der Klemme 1 gewonnen
wird. Jeder Amplitudenwert dieses Signals entspricht einer bestimmten Frequenz des
FM-Trägers. Fig. 8b zeigt die zusammengesetzte Regelspannung UR.
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Jeder Amplitudenwert dieses Signals entspricht einer bestimmten Frequenzgrenze
des Frequenzindikators gemäß Fig. 7. Durch den bereits beschriebenen Regelvorgang
muß die Frequenzgrenze zur Zeit der Synchronimpulse mit der Frequenz des FM-Trägers
zur Zeit der Synchronimpulse übereinstimmen. Zwischen den Synchronimpulsen liegt
dann die Frequenzgrenze bei der mit dem Widerstand R3 einstellbaren Frequenz fx.
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f ist so eingestellt, daß beim Unterschreiten der Frequenz fl im FM-Träger
durch Preemphasisspitzen noch keine Impulse 4 erzeugt werden. Das wirkliche Dropout
D1 erzeugt dagegen beim Unterschreiten von f einen Impuls 4. Der Impuls S1 beginnt
x durch die Verzögerung in der normalen Impulsabtreunschaltung erst hinter der Preemphasisspitze
des FM-Trägers, und dieser Impuls wird durch die Diode D2 und den Kondensator C4
potentialmäßig so verschoben, daß er die Diode D1 so steuert, daß diese nur während
der Synchronimpulse S durch die negativen Impulse am Q-Ausgang des D-Flip-Flop geöffent
werden kann.
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Dadurch wird erreicht, daß der Strom durch den Transistor T nur durch
die während der Synchronimpulse auftretenden Ausgangsimpulse bestimmt wird. Die
zu beiden Seiten der Diode D1 liegenden Spannungen sind in Fig. 8c und d dargestellt.
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Werden zwei der Schaltungen nach Fig. 7 zu einer Dropouterkennungsschaltung
gemäß Fig. 5 zusammengeschaltet, so können beide Dioden D1 an denselben Punkt mit
dem Signal Si' gelegt werden. Die Kondensatoren C3 werden zusammen an den niederohmigen
Ausgang des Transistors T2 gelegt. Der zusätzliche Schaltungsaufwand gegenüber Fig.
4 und die Einstellung von R3 ist also nur einmal erforderlich.
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Die Einstellung von R3 ist relativ unkritisch, so daß die Amplitude
von S2 durch einen festen Spannungsteiler vorgegeben werden kann. Für die gesamte
Dropouterkennungsschaltung ist dann keine Einstellung mehr erforderlich. Indem man
der Regelspannung UR während der hinteren Schwarzschulter genügend große Impulse
überlagert, ist es auch möglich, die Frequenzgrenze f1 auf die dem Schwarzpegel
entsprechende Frequenz des FM-Signals durch Regelung festzulegen. Die dem unteren
Schwellwert entsprechende Frequenzgrenze f muß dann,wie bereits beschrieben, durch
Einstellung der Impulsamplitude festgelegt werden. Diese Methode kann vorteilhaft
si, wenn eine Dropoutkompensation auch für die S-Impulse erforderlich ist.
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L e e r s e i t e