DE2918977C2

DE2918977C2 - Verfahren zur Herabsetzung von Interferenzkomponenten in einem frequenzmodulierten Signal und Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2918977C2
Application number: DE2918977A
Authority: DE
Inventors: Eeltje de Eindhoven Boer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-05-16
Filing date: 1979-05-11
Publication date: 1986-08-07
Also published as: IT7922624A0; DK153267C; DK194179A; DD144142A5; FR2426359B1; DK153267B; IT1113960B; AU526081B2; GB2022959A; SE440435B; ES480544A1; ZA791931B; BE876240A; SE7904202L; AU4700679A; NZ190429A; NL7805232A; FR2426359A1; CH648968A5; AT378296B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herabsetzung von Interferenzkomponenten in einem frequenzmoduüerten Signal, in dem wenigstens ein Modulationssignal mit Grundfrequenz als Frequenzmodulation einem Trägersignal zugesetzt ist.
Die Erfindung ist insbesondere für Systeme von Bedeutung, bei denen ein Videosignal auf einen Aufzeich-

nungsträger aufgezeichnet wird, um nachher wieder ausgelesen werden zu können. Wegen der durch den Aufzeichnungsträger im allgemeinen auferlegten Bandbreitenbeschränkung sind in der Vergangenheit eine Vielzahl von Kodiersystemen entwickelt worden, die bezwecken, das ursprüngliche Videosignal derart zu transformieren, daß auf möglichst vorteilhafte Weise diese beschränkte Bandbreite des Aufzeichnungsträgers ausgenutzt wird. Eine dabei vielfach angewandte Technik ist die Frequenzmodulation, bei der also ein Trägersignal von dem Videosignal in der Frequenz moduliert wird. Wenn dabei von einem zusammengesetzten Farbvideosignal ausgegangen wird, enthält dieses Signal im allgemeinen ein einer festen Grundfrequenz aufmoduliertes Farbartsignal. So enthält ein Standard-Farbvideosignal nach der NTSC-Norm eine Farbhilfsträgerwelle von 3,58 MHz und die Standard-Farbvideosignale nach der PAL- und nach der SECAM-Norm enthalten eine Farbhilfsträgerwelle von 4,43 MHz.

Wenn ein derartiges zusammengesetztes Farbvideosignal einem Trägersignal in der Frequenz aufmoduliert wird, werden Seitenbandkomponenten erhalten, die durch dieses Modulationssignal mit der Farbhilfsträgerfrequenz herbeigeführt werden und in einem Frequenzabstand von dem Trägersignal gleich einem ganzen Vielfachen dieser Farbhiifsträgerfrequenz liegen.

Vor allem bei Systemen, in denen eine verhältnismäßig niedrige Frequenz für das Trägersignal gewählt ist, können diese genannten Seitenbandkomponenten zu erheblichen Störungen führen. Insbesondere wenn sich die untere Seitenbandkomponente zweiter Ordnung bis in den negativen Frequenzbereich erstreckt und demzufolge als sogenannte »umgefaltete« Seitenbandkomponente im positiven Frequenzbereich zum Ausdruck kommt, kann im wiedergegebenen Bild eine erhebliche Interferenzstörung, auch als Moirestörung bezeichnet, entstehen.

Um diese Interferenzstörung infolge aer genannten Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung zu unterdrücken, ist in der US-PS 40 52 740 ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, bei dem vor der Frequenzmodulation ein Korrektursignal erzeugt wird, das nach Frequenzmodulation eine Kompensation der genannten Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung bewirken muß. Dieses Korrektursignal wird dadurch erhalten, daß mit Hilfe einer Quadriervorrichtung die zweite Harmonische des Farbhilfsträgersignals erzeugt wird. Dieses Korrektursignal wird dann vor der Frequenzmodulation zu dem Farbvideosignal addiert, wobei, um die gewünschte Kompensation der störenden Unterseitenbandkomponente zu erhalten, sowohl die Phasenbeziehung als auch die Amplitudenbeziehung dieses Korrektursignals in bezug auf das Farbvideosignal sehr genau bestimmt sein müssen. Außerdem soll zum effektiven Unterdrücken der genannten Interferenzkomponente die Amplitude des Korrektursignals quadratisch mit der Amplitude des Modulationssignals variieren. Weiter ist die erforderliche Verstärkung von dem Modulationsindex der Frequenzmodulation abhängig. Um die obengenannten Bedingungen zu erfüllen, sind komplizierte Schaltungen erforderlich, die außerdem strengen Anforderungen entsprechen müssen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich mit verhältnismäßig einfachen Schaltungen durchführen läßt. Die Erfindung ist dazu dadurch gekennzeichnet, daß das Trägersignal in der Impulsbreite durch die infolge des Modulationssignals in dem frequenzmodulierten Signal vorhandene Unterseitenbandkomponente erster Ordnung moduliert wird.

Die Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, daß bei Impulsbreitenmodulation des Trägersignals durch die genannte Unterseitenbandkomponente erster Ordnung des frequenzmodulierten Signals eine Modulationskomponente bei einer Frequenz entsteht, die gleich der Frequenz der Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung ist, die bei der Frequenzmodulation des Trägersignals durch das Modulationssignal erhalten ist. Die Polarität dieser Modulationskomponente der Impulsbreitenmodulation ist aber gerade der der Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung des frequenzmodulierten Signals entgegengesetzt, wodurch eine Herabsetzung der bei dieser Frequenz auftretenden Interferenzkomponente erhalten wird. Da gerade diese Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung des frequenzmodulierten Signals die störendste Interferenzkomponente ist, wird durch das Verfahren nach der Erfindung eine effektive Signalverbesserung erreicht. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der Modulationsindex bei der Impulsbreitenmodulation derart gewählt, daß das bei dieser Impulsbreitenmodulation erhaltene Unterseitenband zweiter Ordnung wenigstens annähernd die gleiche Größe wie das Unterseitenband zweiter Ordnung des frequenzmodulierten Signals aufweist, das durch das Modulationssignal herbeigeführt wird.

Die Impulsbreitenmodulation des Trägersignals kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. So können die ansteigenden und abfallenden Flanken dieses Trägersignals voneinander getrennt und kann über eine Verzögerungsvorrichtung mit einer von der Unterseitenbankkomponente erster Ordnung gesteuerten Verzögerungszeit der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Flanken geändert werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Imulsbreitenmodulation dadurch erhalten, daß von wenigstens annähernd einem Einseitenband FM-Signal mit endlich steilen Flanken ausgegangen und dieses Signal symmetrisch begrenzt wird. Da das frequenzmodulierte Signal als starke Signalkomponente das Trägersignal und die genannten Seitenbandkomponenten erster Ordnung enthält, wird durch diese Begrenzung automatisch die gewünschte Impulsbreitenmodulation erhalten.

Um die störendste Interferenzkomponente, und zwar die untere Seitenbandkomponente zweiter Ordnung, effektiv zu unterdrücken, ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, daß das in dem frequenzmodulierten Signal vorhandene Trägersignal vor der Begrenzung selektiv geschwächt wird. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die in dem frequenzniodulierten Signal vorhandene untere Seitenbandkomponente vor der Begrenzung selektiv verstärkt wird. Bei diesen bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung wird die Amplitude der unteren Seitenbandkomponenle erster Ordnung in bezug auf die Amplitude des Trägersignals relativ b5 vergrößert, wodurch die Amplitude der zur Kompensation der unteren Seitenbandkomponente zweiter Ordnung des frequenzmodulierten Signals bestimmten Modulationskomponente des in der Impulsbreite modulierten Signals ebenfalls vergrößert ist.

Die selektive Verstärkung der Unterseitenbandkomponente erster Ordnung kann nach einer Weiterbildung auf einfache Weise dadurch erhalten werden, daß diese Komponente von dem frequenzmodulierten Signal abgetrennt, um einen vorbestimmten Faktor verstärkt und wieder zu dem frequenzmodulierten Signal addiert wird.

Auch bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mit einer Modulationsvorrichtung versehen ist, mit deren Hilfe das Trägersignal durch die untere Seitenbandkomponente erster Ordnung in der Impulsbreite moduliert wird.

Außerdem bezieht sich die Erfindung insbesondere auf eine Vorrichtung für eine Videoaufzeichnungs- und/ oder -wiedergabevorrichtung, wobei für die Aufzeichnung ein zusammengesetztes Farbvideosignal, das ein Leuchtdichte-Signal und ein einer Farbhilfsträgerwelle aufmoduliertes Farbartsignal enthält, als Frequenzmodulation einem Trägersignal zugesetzt und bei Wiedergabe durch Frequenzdemodulation dieses Farbvideosignals wiedergewonnen wird, welche Vorrichtung zur Herabsetzung wenigstens einer störenden Interferenzkomponente dient. Nach der Erfindung ist eine derartige Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Modulationsvorrichtung versehen ist, mit deren Hilfe das Trägersignal mit dem durch die modulierte Farbhilfsträgerwelle im frequenzmodulierten Signal herbeigeführten unteren Seitenband erster Ordnung in der Impulsbreite moduliert wird.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 das Frequenzspektrum eines von einem zusammengesetzten Farbvideosignal modulierten Trägersi-

F i g. 2 das Frequenzspektrum eines von einem Modulationssignal in der Impulsbreite modulierten Trägersignals,

F i g. 3 das Frequenzspektrum, das durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung erhalten ist, und
F i g. 4 und 5 zwei Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

F i g. 1 zeigt zur Illustrierung das Frequenzspektrum eines frequenzmodulierten Signals, wie es erhalten wird, wenn ein Trägersignal von einem Standard-PAL-Farbfernsehsignal in der Frequenz moduliert wird. Dabei ist angenommen, daß der Modulationsindex derart klein gewählt ist, daß die Seitenbandkomponenten dritter Ordnung und höherer Ordnungen vernachlässigt werden können. Weiter ist in der Figur der Einfachheit halber ein Trägersignal 1 mit fester Frequenz von f_o = 6 MHz angegeben. Tatsächlich wird infolge der Modulation durch das im Farbfernsehsignal vorhandene Leuchtdichtesignal ein Frequenzhub um diese Frequenz /"„ z. B. zwischen 5,5 und 6,5 MHz, auftreten. Für eine erste Auseinandersetzung des Erfindungsgedankens ist dies aber nicht von Bedeutung.

Da ein Standard-PAL-Farbfernsehsignal ein mit der Farbartinformation moduliertes Farbhilfsträgersignal mit der Frequenz f_c = 4,43 MHz enthält, entstehen infolge dieses Modulationssignals im frequenzmodulierten Signal zunächst zwei Seitenbandkomponenten erster Ordnung in einem Frequenzabstand f_o von dem Trägersignal 1, also eine Frequenzkomponente 2 bei einer Frequenz f_o— f_cund eine Frequenzkomponente 2' bei einer Frequenz fo+fo Diese beiden Seitenbandkomponenten erster Ordnung 2 und 2' weisen eine entgegengesetzte Polarität auf und bilden somit eine reine Frequenzmodulation des Trägersignals 1.

Weiter entstehen bei der Frequenzmodulation zwei Seitenbandkomponenten zweiter Ordnung des Trägersignals 1 in einem Frequenzabstand 2/_c von dem Trägersignal 1. Die obere Seitenbandkomponente zweiter Ordnung liegt bei einer derart hohen Frequenz, daß sie weiter vernachlässigbar ist. Die Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung ergibt aber eine Frequenzkomponenle 3, die sogenannte gespiegelte Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung. Unter dem Ausdruck »gespiegelt« ist hier zu verstehen, daß die Unterseitenbandkomponente zweiter Ordnung wegen der niedrigen Frequenz des Trägersignals 1 in dem negativen Frequenzbereich zu liegen kommt und dadurch gespiegelt in bezug auf die Frequenz 0 im positiven Frequenzbereich zum Ausdruck kommt, wodurch die Frequenzkomponente 3 bei einer Frequenz 2f_c—f₀ erhalten wird.

Wenn von einem symmetrischen rechteckförmigen frequenzmodulierten Signal ausgeganen wird, enthält das Frequenzspektrum auch ungerade Harmonische des Trägersignals und Seitenbandkomponenten um diese Harmonischen. Die meisten dieser Frequenzkomponenten spielen wegen ihrer Größe und Frequenz keine wichtige Rolle. Der Vollständigkeit halber ist in F i g. 1 die untere Seitenbandkomponente zweiter Ordnung der dritten Harmonischen des Trägersignals dargestellt. Diese Frequenzkomponente 4 liegt bei einer Frequenz 3f_o—2f_c und nimmt also, gleich wie die Frequenzkomponente 3, einen Frequenzabstand 2f_o—2f_c von dem Trägersignal 1 ein. Da die Polarität dieser zwei Frequenzkomponenten 3 und 4 entgegengesetzt ist, bilden sie zusammen eine Frequenzmodulation des Trägersignals 1 und führen sie nach Frequenzdemodulation ein Störsignal mit einer Frequenz 2f_o—2f_c herbei, das als sogenanntes Moiremuster in dem wiedergegebenen Bild zum Ausdruck kommt.

Um bei einem Übertragungssystem mit Frequenzmodulation mit einer möglichst beschränkten Bandbreite

auszukommen, wird meistens die sogenannte Einseitenbandmodulation angewandt, was bedeutet, daß nur das Trägersignal und die Frequenzkomponenten unterhalb dieses Trägersignals übertragen werden. Dies bedeutet, daß im Frequenzspektrum nach F i g. 1 nur die innerhalb des Frequenzbandes £> vorhandenen Frequenzkomponenten 1, 2 und 3 von Bedeutung sind. Als Störsignal bleibt in einem derartigen Einseitenbandsystem die Frequenzkomponente 3 bestehen, die nach Frequenzdemodulation ein Störsignal mit Frequenz 2f„—2f_c ergibt, das zu einem Moiremuster führt. Es ist demzufolge von großem Interesse, bei derartigen Übertragungssystemen diese Frequenzkomponente möglichst zu unterdrücken.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das frequenzmodulierte Signal einer lmpulsbreitenmodulation unterworfen wird, und zwar insbesondere dadurch, daß das Trägersignal 1 mit der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung 2 in der Impulsbreite moduliert wird. Um den Effekt dieser Impulsbreitenmodulation verdeutlichen zu können, ist in F i g. 2 das Frequenzspektrum eines in der Impulsbreite modulierten Signals dargestellt, wie es erhalten wird, wenn ein Trägersignal 1 mit Frequenz f_o von einem Modulationssignal mil

Frequenz /J₁ in der Impulsbreite moduliert wird. Zum Bewirken der Impulsbreitenmodulation sind eine Anzahl von Möglichkeiten bekannt, auf die nachstehend noch näher eingegangen werden wird.

Das Frequenzspektrum des in der Impulsbreite modulierten Signals enthält als Frequenzkomponenten zunächst wieder das Trägersignal 1 mit Frequenz f„. Es stellt sich heraus, daß als zweite Frequenzkomponente eine Komponente 5 mit Frequenz /J, entsteht, d. h. eine Frequenzkomponente, die mit dem Modulationssignal zusammenfällt. Weiter stellt sich heraus, daß die Polarität dieser Frequenzkomponente gleich der Polarität des Modulationssignals ist, so daß in dem Frequenzspektrum nach F i g. 2 das Modulationssigna!, was seine Frequenz und Polarität anbelangt, als der Frequenzkomponente 5 entsprechend betrachtet werden kann.

Wenn die Impulsbreitenmodulation auf symmetrische Weise stattfindet, werden um das Trägersignal 1 nur Seitenbandkomponenten gerader öffnung erhalten, d. h. Frequenzkomponenten in einem Frequenzustand 2/i/J, (mit η einer ganzen Zahl) von dem Trägersignal 1. Die wichtigsten dieser Frequenzkomponenten sind also die Komponente 6 bei einer Frequenz f_o—2F_p und die Komponente 6' bei einer Frequenz f_o + 2f_p. Diese Komponenten 6 und 6' weisen, wie gefunden wurde, eine Polarität auf, die der Polarität des Trägersignals 1 entgegengesetzt ist. Weiter treten um die zweite Harmonische des Trägersignals 1, die selbst nicht auftritt, nur ungerade Seitenbandkomponenten auf, d.h. Frequenzkomponenten in einem Frequenzabstand (2n+\)f_p von der Frequenz 2I₀. Der Vollständigkeit halber ist im Frequenzspektrum die Unterseitenbandkomponente erster Ordnung 7 dieser zweiten Harmonischen des Trägersignals 1 dargestellt, die eine Frequenz 2f_o—f_p aufweist. Die Seitenbandkomponenten höherer Ordnungen, die innerhalb des angegebenen Frequenzbereiches auftreten, können vernachlässigt werden, wenn der Modulationsindex bei der Impulsbreitenmodulation klein gewählt wird. Ferner werden bei einer Beschränkung der Übertragungsbandbreite auf ein Frequenzband Er die Frequenzkomponenten 6' und 7 keine wichtige Rolle mehr spielen.

Ein Vergleich der Frequenzspektren nach den F i g. 1 und 2 zeigt, daß im Falle, in dem bei der Impulsbreitenmodulation als Modulationssignal die Unterseitenbandkomponente erster Ordnung 2 des frequenzmodulierten Signals benutzt wird, die unterschiedlichen Frequenzkomponenten des in der Impulsbreite modulierten Signals in bezug auf ihre Frequenz mit den Frequenzkomponenten des frequenzmodulierten Signals zusammenfallen. Insbesondere fällt die Frequenzkomponente 6 (Frequenz /Ό—2/J, = 2f_c—f₀)des\n der Impulsbreite modulierten Signals mit der störenden Frequenzkomponente 3 des frequenzmodulierten Signals zusammen. Weiter ist aus den Figuren ersichtlich, daß diese beiden Frequenzkomponenten 3 und 6 eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.

Die Erfindung nutzt dies dadurch aus, daß die genannte Störkomponente 3 bei der Frequenz 2f_c—f_u im frequenzmodulierten Signal herabgesetzt wird. Dazu wird das frequenzmodulierte Signal einer Impulsbreitenmodulation unterworfen, wobei insbesondere das Trägersignal 1 von der Frequenzkomponente 2 in der Impulsbreite moduliert wird. Dadurch wird der Frequenzkomponente 3 additiv die Frequenzkomponente 6 zugesetzt, wodurch eine Herabsetzung der Größe der resultierenden Frequenzkomponente bei der betreffenden Frequenz 2f_c—fo erhalten wird, weil die zwei betreffenden Frequenzkomponenten 3 und 6 eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.

Das Ausmaß der Herabsetzung der genannten Störkomponente bei dieser Frequenz 2f_c—f_o wird naturgemäß durch das gegenseitige Größenverhältnis der beiden Frequenzkomponenten 3 und 6 bestimmt. Dabei kann aber die Größe der Frequenzkomponente 6, die durch die Impulsbreitenmodulation erhalten ist, auf einfache Weise derart angepaßt werden, daß eine möglichst große Herabsetzung der Störkomponente bei der Frequenz 2f_c—f_o erzielt wird. Zur näheren Erläuterung wird nachstehend annäherungsweise die Größe der unterschiedlichen Frequenzkomponenten des frequenzmodulierten und des in der Impulsbreite modulierten Signals angegeben.

Bekanntlich können in einem frequenzmodulierten Signal die Größen der unterschiedlichen Frequenzkomponenten in Besselschen Funktionen ausgedrückt werden. Wird bei der Frequenzmodulation von einem kleinen g; Modulationsindex/ausgegangen, so kann für die Amplituden A_h A₂ und A₃ der Frequenzkomponenten 1,2 bzw. 45 g 3 des Frequenzspektrums nach F i g. 1 geschrieben werden: S

(1) I

wobei Jo, J] und /2 die Besselschen Funktionen nullter, erster bzw. zweiter Ordnung darstellen. |J

Für die Impulsbreitenmodulation wird nun von einem sinusförmigen Trägersignal 1 ausgegangen, dem die ||

Frequenzkomponente 2 als Impulsbreite aufmoduliert wird. Es stellt sich heraus, daß bei der Impulsbreitenmo- j|

dulation die Amplituden der unterschiedlichen Frequenzkomponenten durch einen Modulationsindex m be- 55 |

stimmt werden, der gleich dem Verhältnis zwischen den Amplituden des Modulationssignals, der Frequenzkom- '%

ponente 2 und des Trägersignals 1 ist. Für diesen Modulationsindex m kann also geschrieben werden: i|

^m ~ A] ~ ^Ji W-

Da eine Änderung der Amplituden der Frequenzkomponenten des in der Impulsbreite modulierten Signals auf einfache Weise durch Änderung des Amplitudenverhältnisses des Modulationssignals und des Trägersignals möglich ist, wird nachstehend für den Modulationsindex der Ausdruck m = C-J\(ß) verwendet, wobei C eine Konstante ist

Für die im Rahmen der vorliegenden Erfindung wichtigste Frequenzkomponente 6 des in der Impulsbreite modulierten Signals wird dann eine Amplitude Af₁ gefunden, die der Gleichung

entspricht, wobei Ji wieder die Besselsche Funktion zweiter Ordnung darstellt.

Für eine vollständige Herabsetzung der Störkomponente bei der Frequenz 2f_c—f„ muß gelten:
5

A₁ = Λ* oder/₂ (fl = Jim) = Λ|£7·7ι(Λ|. (3)

Für die Besselschen Funktionen erster Ordnung und höherer Ordnungen kann annähernd die Formel
y („ - -L

gelten. Das Einsetzen dieser Annäherung für die Besselschen Funktionen in den Ausdruck (3) ergibt dann die Bedingung:

1/2 OS/2)² = 1/2 j j = 1/2 · -^- · UL^ , M)

woraus die Bedingung
C= 2 (5)

folgt.

Diese Bedingung (5) gibt somit an, daß für eine vollständige Herabsetzung der Störkomponente bei der Frequenz 2f_c—f_p das Amplitudenverhältnis zwischen der Frequenzkomponente 2 und dem Trägersignal 1 um einen Faktor 2 vergrößert werden soll. Dies kann naturgemäß auf zwei verschiedene Weisen bewirkt werden, und zwar durch selektive Schwächung des Trägersignals 1 oder durch selektive Verstärkung der Frequenzkomponente 2.

Nach der Impulsbreitenmodulation ist das ursprüngliche Frequenzspektrum des frequenzmodulierten Signals nach F i g. 1 demzufolge in ein Frequenzspektrum nach F i g. 3 verwandelt, wobei der Einfachheit halber nur die wesentlichen Frequenzkomponenten innerhalb des Übertragungsfrequenzbandes £>angegeben sind. Als einzige Frequenzkomponenten verbleiben ein Trägersignal 1 bei der Frequenz f_o und eine Frequenzkomponente 2' bei der Frequenz f_o—fc- Diese beiden Frequenzkomponenten 1 und 2' entsprechen in bezug auf ihre Frequenzlage völlig den Frequenzkomponenten 1 und 2 des ursprünglichen frequenzmodulierten Signals und unterscheiden sich von diesen nur durch ihre Amplitude, wobei diese Änderung der Amplituden von der Weise abhängt, auf die die Impulsbreitenmodulation stattfindet. Es ist aber ohne weiteres klar, daß nach Frequenzdemodulation auf eine für ein Einseitenband-FM-Signal übliche Weise des Signals mit einem Frequenzspektrum nach F i g. 3 wieder das ursprüngliche als Modulationssignal bei der Frequenzmodulation verwendete Farbfernsehsignal erhalten wird.

In bezug auf die Größe der Frequenzkomponente 2' nach der Impulsbreitenmodulation kann folgendes bemerkt werden. Die Amplitude dieser Komponente entspricht bei der oben eingehaltenen annäherungsweisen Berechnung der Formel

A₂' = 1/2 m= 1/2C-A₂. (6)

Dies bedeutet, daß, falls die Konstante C = 2 ist, die Amplitude dieser Frequenzkomponente 2' gleich der Amplitude der ursprünglichen Komponente auf derselben Frequenz ist.

Zum Bewirken der Impulsbreitenmodulation sind aus der Literatur eine Anzahl von Möglichkeiten bekannt. Um einige Möglichkeiten anzugeben, sei auf die US-PS 38 93 163 verwiesen. In F i g. 5 dieser Patentschrift wird eine Vorrichtung zum Bewirken einer Impulsbreitenmodulation dargestellt, bei der ein Trägersignai in zwei Teilsignale gespaltet wird, die die ansteigenden bzw. die abfallenden Flanken des Trägersignals darstellen. Diese beiden Teilsignale werden zwei Verzögerungsvorrichtungen zugeführt, deren Verzögerungszeit veränderlich ist. Die Verzögerungszeiten dieser beiden Verzögerungsvorrichtungen werden nun in Abhängigkeit von dem Modulationssignpl, jedoch in einander entgegengesetzten Richtungen, geändert. Die Ausgangssignale der beiden Verzögerungsvorrichtungen werden wieder zu einem Signal mit doppelter Frequenz zusammengefügt, das dann die gewünschte Impulsbreitenmodulation enthält. Bei Anwendung dieser Vorrichtung für die vorliegende Erfindung kann die untere Seitenbandkomponente erster Ordnung 2 abgetrennt und als Modultionssignal den beiden Verzögerungsvorrichtungen zugeführt werden, um die Teilsignale gegeneinander zu verschieben, die von dem verbleibenden Teil des frequenzmodulierten Signals abgeleitet wird.

Eine zweite in F i g. 4 der vorgenannten US-Patentschrift dargestellte Möglichkeit geht von einem Trägersignal mit endlich steilen Flanken aus, zu dem das Modultionssignal addiert wird. Dann wird das erhaltene Summensignal symmetrisch begrenzt, wodurch ein wenigstens annähernd rechteckförmiges Signal mit der gewünschten Impulsbreitenmodulation entsteht Es ist einleuchtend, daß dieses Impulsbreitenmodultionsverfahren sehr einfach durchgeführt werden kann; daher wird bei den nachstehend angegebenen Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung diese Impulsbreitenmodulationsweise angewandt.

Bei der Vorrichtung nach F i g. 4 wird das frequenzmodulierte Signal FM mit einem Frequenzspektrum nach F i g. 1 einer Eingangsklemme 10 zugeführt wobei angenommen wird, daß dieses Signa! endlich steile Flanken aufweist Diese Eingangsklemme 10 ist mit einem Eingang 12a einer Addierschaltung 12 verbunden, der demzu-

folge dieses Signal FM zugeführt wird. Außerdem ist diese Ausgangsklemme 10 mit einem Bandfilter 11 verbunden, mit dem die Unterseitenbandkomponente erster Ordnung (F i g. 1) abgetrennt wird. Diese Frequenzkomponente 2 wird mit Hilfe eines Verstärkers 15 verstärkt und dann einem Eingang 126 der Addierschaltung 12 zugeführt. In dieser Addierschaltung 12 werden die beiden ihren Eingängen 12a und \2b angebotenen Signale zueinander addiert, wodurch ein Signal FM' erhalten wird, dessen Frequenzspektrum, was die Lage der Frequenzkomponenten anbelangt, völlig dem Frequenzspektrum des Signals FM entspricht. Dieses Signal FM'wird dann einem symmetrischen Begrenzer 13 zugeführt, wodurch ein praktisch rechteckförmiges Ausgangssignal FM_C an der Ausgangsklemme 14 erhalten wird.

Diese Begrenzung durch den Begrenzer 13 kann, wie in der genannten US-PS 38 93 163 nachgewiesen wird, als eine Impulsbreitenmodulation der Frequenzkomponente mit der größten Frequenz (Komponente 1) durch die Frequenzkomponente mit niedrigerer Frequenz (Komponente 2) aufgefaßt werden.

Wie bereits angegeben ist, wird in erster Linie von einem Signal FM mit endlich steilen Flanken ausgegangen, was der Fall ist, wenn das Signal FM einer Frequenzbeschränkung unterworfen ist. Dies kann bereits automatisch der Fall sein, wenn die Vorrichtung nach F i g. 4 in einer Wiedergabevorrichtung für einen Aufzeichnungsträger verwendet wird, der eine Übertragungskennlinie mit beschränkter Bandbreite aufweist. Auch kann selbstverständlich mit Hilfe eines der Vorrichtung nach Fig.4 vorgeschalteten Tiefpasses das frequenzmodulierte Signal in der Bandbreite beschränkt werden, derart, daß das Signal FM z. B. nur die Trägerwelle 1 und Komponenten mit niedrigeren Frequenzen enthält. In diesem Falle kann das Signal FMaIs die Summe von drei sinusförmigen Signalen 1,2 und 3 betrachtet werden. Dies bedeutet, daß jede der Komponenten 1,2 und 3 durch die Begrenzung im Begrenzer 13 zu einer Impulsbreitenmodulation der Trägerwelle 1 führt. Hinzu kommt noch die Impulsbreitenmodulation durch die abgetrennte und verstärkte Komponente 2, die vorher zu dem Signal FM in der Addierschaltung 12 addiert wird. Für die Impulsbreitenmodulation der Trägerwelle 1 durch die Komponente 3 gilt ein Modulationsindex

Dies bedeutet, daß analog der Formel (6) nach der Impulsbreitenmodulation die Amplitude der Störkomponente 3 gleich

1/2/7= 1/2A₃ (7)

ist. Für die Impulsbreitenmodulation der Trägerwelle 1 durch die Komponente 2 gilt ein Modulationsindex m = (1 +K)A₂, was nach der Formel (2) eine Frequenzkomponente 6 in dem in der Impulsbreite modulierten Signal ergibt, die der Formel

A₆ = J₂M = M(\ + K)A₂] (8)

entspricht. Wenn (7) und (8) gleichgesetzt werden, wird als Bedingung für eine vollständige Kompensation der Störkomponente bei der Frequenz 2f_c—f_o erhalten: K = 0,4, während für die Amplitude A₂ der Komponente 2' gilt:

A₂' = l/2m = 0,7A₂.

Eine Abwandlung der oben angegebenen Möglichkeit kann dadurch erhalten werden, daß mit Hilfe des Bandfilters 11 nicht nur die Komponente 2, sondern beide Komponenten 2 und 3 abgetrennt werden. Dies ist bestimmt zweckdienlich, wenn beide Komponenten, was ihre Frequenzen anbelangt, einander nahe liegen. Analog den vorhergehenden Berechnungen kann dann wieder der Wert der Verstärkung K bestimmt werden, für den eine vollständige Kompensation der Störkomponente bei der Frequenz 2f_c—f_o erhalten wird, was die Bedingung K= 1 ergibt

Eine dritte Möglichkeit wird erhalten, wenn von einem frequenzmodulierten Signal FM an der Eingangsklemme 10 ausgegangen wird, das keiner Frequenzbeschränkung unterworfen worden ist was bei Anwendung der Vorrichtung nach Fig.4 in einer Aufzeichnungsvorrichtung der Fall sein kann, während dieses Signal FM dennoch endlich steile Flanken aufweist. Dies kann z. B. bei Anwendung eines FM-Modulators der Fall sein, der ein dreieckförmiges Ausgangssignal liefert Würde dieses Signal FM einem symmetrischen Begrenzer zugeführt werden, so tritt gar keine Verschiebung der Nulldurchgänge und somit keine Impulsbreitenmodulation auf. Dies bedeutet daß in der Vorrichtung nach F i g. 4 die Impulsbreitenmodulation lediglich durch die abgetrennte Komponente 2 herbeigeführt wird, die dem Eingang 12i der Addierschaltung 12 zugeführt wird. Nach der annäherungsweise gefundenen Formel (5) wird in diesem Falle der Verstärker 15 einen Verstärkungsfaktor und den Wert 2 aufweisen müssen. Die Amplitude der Frequenzkomponente 2' wird in diesem Falle zweimal die Amplitude der ursprünglichen Frequenzkomponente 2 betragen, weil ja diese ursprüngliche Komponente 2 erhalten bleibt und zu dieser Komponente wird die durch die Impulsbreitenmodulation bei dieser Frequenz entstandene Komponente derselben Größe addiert.

Auch hier ergibt sich wieder die Möglichkeit entweder nur die Komponente 2 oder beide Komponenten 2 und 3 mit Hilfe des Bandpaßfilters 11 abzutrennen und dem Eingang 12Z> der Addierschaltung 12 zuzuführen.

F i g. 5 zeigt eine zweite sehr einfache Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, wobei entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 4 bezeichnet sind. Das frequenzmodulierte Signal FM wird der Eingangsklemme 10 zugeführt, die mit einem Tiefpaß 16

verbunden ist Es wird angenommen, daß das frequenzmodulierte Signal FM in bezug auf seine Bandbreite beschränkt ist, d. h, daß die oberen Seitenbänder unterdrückt sind. Der Tiefpaß 16 weist eine Frequenzkennlinie mit einer Frequenz zwischen der Frequenz f_o des Trägersignals 1 und der Frequenz 2f_c—f_o der Frequenzkomponente 3 des frequenzn. odulierten Signals auf. Dadurch wird die Amplitude der Frequenzkomponenten 2 und 3 in bezug auf die der Trägerwelle 1 des frequenzmodulierten Signals geändert Das Ausgangssignal dieses Tiefpasses 16 wird dann dem Begrenzer 13 zugeführt wodurch die gewünschte Impulsbreitenmodulation erhalten wird. Durch passende Wahl der Frequenzkennlinie des Tiefpasses 16 kann dabei wieder erreicht werden, daß die Störkomponente bei der Frequenz 2/<— f_o völlig eliminiert wird, so daß das Spektrum des am Ausgang 14 zur Verfügung stehenden Signals FiWc dem in Fig.3 gezeigten Frequenzspektrum entspricht Nach der oben

ίο angegebenen annäherungsweisen Berechnung wird als Bedingung gefunden, daß die Trägerwelle um einen Faktor 2 in der Amplitude geschwächt sein solL

Das Verfahren nach der Erfindung schafft demzufolge die Möglichkeit in einem frequenzmodulierten Signal, insbesondere einem Signal mit niedriger Trägerfrequenz, die wichtigste Störkomponente zu unterdrücken. Wenn dabei an ein Übertragungssystem gedacht wird, bei dem ein Informationssignal auf einen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet und nachher wieder ausgelesen wird, kann das Verfahren nach der Erfindung sowohl beim Aufzeichnen als auch beim Wiedergeben der Information verwendet werden. Eine Aufnahme der Vorrichtung nach F i g. 4 oder 5 in die Aufzeichnungsvorrichtung bringt mit sich, daß auf den Aufzeichnungsträger endgültig das Signal FM_C aufgezeichnet wird. Dieses Signal kann nach Auslesung ohne weiteres einem Frequenzdemodulator zugeführt werden und ergibt dann das ursprüngliche Informationssignal, in dem die normalerweise auftretende Moirestörung stark unterdrückt ist Wird die Vorrichtung nach F i g. 4 oder 5 in die Auslesevorrichtung aufgenommen, so ist auf den Aufzeichnungsträger das normale frequenzmodulierte Signal FM aufgezeichnet Das ausgelesene Signal FM wird dann zunächst auf die angegebene Weise korrigiert was das Signal FM₀ ergibt das dann einem Frequenzdemodulator zugeführt wird. Wenn für die Frequenzdemodulation eine Schaltung verwendet wird, die als erste Stufe einen Begrenzer enthält ist es einleuchtend, daß man diesen Begrenzer die Funktion des Begrenzers 13 in der Vorrichtung nach F i g. 4 oder 5 erfüllen larsen kann.

Es dürfte einleuchten, daß es zum Erhalten einer vollständigen Kompensation der Störkomponente von Bedeutung ist die richtige Phasenbeziehung zwischen den unterschiedlichen Signalkomponenten aufrechtzuerhalten. Dafür müssen naturgemäß an die Phasenkennlinien der verwendeten Filter bestimmte Anforderungen gestellt werden. Außerdem wird im Idealfall das Amplitudenverhältnis zwischen den Komponenten 2 und 3 und der Trägerwelle 1 für jede mögliche Frequenz des modulierten Trägcrsignals innerhalb des Frequenzhubes den gewünschten Wert aufweisen müssen. In bezug auf die Vorrichtung nach F i g. 5 würde dies bedeuten, daß die Amplitudenkennlinie des Tiefpasses 16 vorzugsweise einen geraden Teil mit einem frequenzunabhängigen Wert sowohl innerhalb des Frequenzbandes der Komponenten 2 und 3 als auch innerhalb des Frequenzhubes des Trägersignals 1 aufweisen soll. Es hat sich jedoch herausgestellt daß eine für die Praxis genügend starke Unterdrückung der Störkomponente auch mit einer erheblich einfacheren Filterkennlinie erhalten werden kann. So ist als Tiefpaß in der Vorrichtung nach Fig.5 ein Filter mit Butterworth-Thomson-Kennlinie zweiter Ordnung benutzt, mit dem völlig akzeptable Ergebnisse in bezug auf die Unterdrückung der Störkomponente erzielt wurden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herabsetzung von Interferenzkomponenten in einem frequenzmodulierten Signal, in dem wenigstens ein Modulationssignal mit fester Frequenz zugesetzt ist, dadurch gekernzeichnet, daß das Trägersignal (1) durch die infoige des Modulationssignals in dem frequenzmoduüerten Signal vorhandene untere Seitenbandkomponente erster Ordnung (2) in der Impulsbreite moduliert wird (Fig. 1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsindex bei der Impulsbreitenmodulation derart gewählt wird, daß das bei dieser Impulsbreitenmodulation entstandene untere Seitenband zweiter Ordnung (6) wenigstens annähernd die gleiche Größe wie das untere Seitenband zweiter Ordnung (3) des frequenzmodulierten Signals aufweist, das durch das Modulationssignal herbeigeführt wird F i g. 1,2).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreitenmodulation dadurch erhalten wird, daß das von einem wenigstens angenäherten Einseitenband-FM-Signal (£Ί) mit endlich steilen Flanken ausgegangen und dieses Signa! symmetrisch begrenzt wird (F i g. 1).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem frequenzmodulierten Signal (£i) vorhandene Trägersignal (1) vor der Begrenzung selektiv geschwächt wird (F i g. 1).

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im frequenzmoduüerten Signal (£Ί) vorhandene untere Seitenbandkomponente erster Ordnung (3) vor der Begrenzung selektiv verstärkt wird (Fig. 1).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Verstärkung der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung dadurch erhalten wird, daß diese Komponente (3) von dem frequenzmoduüerten Signal (£Ί) abgetrennt, um einen vorher bestimmten Faktor verstärkt und wieder zu dem frequenzmodulierten Signal (£i) addiert wird (F i g. 1).

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einem symmetrisch frequenzmodulierten Signal ausgegangen wird, daß von diesem Signal die untere Seitenbandkomponente erster Ordnung

(3) abgetrennt und um einen vorher bestimmten Faktor verstä^rkt wird, und daß dann die Impulsbreitenmodulation dadurch erhalten wird, daß diese verstärkte Unterseitenbandkomponente erster Ordnung zu dem frequenzmoduüerten Signal addiert und das Summensignal symmetrisch begrenzt wird.

8. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einer Modulationsvorrichtung versehen ist. mit deren Hilfe das Trägersignal durch die untere Seitenbandkomponente erster Ordnung in der Impulsbreite moduliert wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsvorrichtung eine Begrenzungsschaltung (13) zur symmetrischen Begrenzung des frequenzmoduüerten Signals enthält (F i g. 4,5).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Tiefpaß zum Unterdrücken von oberen Seitenbandkomponenten des frequenzmoduüerten Signals versehen ist, der der Begrenzungsschaltung vorgeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsvorrichtung mil einer der Begrenzungsschaltung (13) vorgeordneten Schwächungsschaltung (16) zum selektiven Schwächen des Trägersignals versehen ist (F i g. 5).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwächungsschaltung (16) einen Tiefpaß mit einer zwischen der Frequenz der Unterseitenbandkomponente erster Ordnung (3) und der Frequenz des Trägersignals (1) liegenden Grenzfrequenz enthält (F i g. 1,5).

13. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsvorrichtung mit einer der Begrenzungsschaltung vorgeordneten selektiven Verstärkervorrichtung zum selektiven Verstärken der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung (3) versehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsvorrichtung mit einer Addierschaltung (12) ersten Zuführungsmitteln zum Zuführen des frequenzmoduüerten Signals (Ei) zu dieser Addiervorrichtung, einem Bandpaßfiiter (11) zur Abtrennung der unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung (3) von dem frequenzmoduüerten Signal (£Ί) und zweiten Zuführungsmitteln versehen ist, mit deren Hilfe diese abgetrennte untere Seitenbandkomponente erster Ordnung (3) um einen vorher bestimmten Faktor verstärkt, der Addiervorrichtung (12) zugeführt wird (F i g. 4).

15. Vorrichtung für eine Videoaufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung, bei der für die Aufzeichnung ein zusammengesetztes Farbvideosignal, das ein Leuchtdichtesignal und ein einer Farbhilfsträgerwelle aufmoduliertes Farbartsignal enthält, als Frequenzmodulation einem Trägersignal zugesetzt wird, und bei Wiedergabe durch Frequenzmodulation dieses Farbvideosignal wiedergewonnen wird, wobei diese Vorrichtung für die Herabsetzung mindestens einer störenden Interferenzkomponente bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einer Modulationsvorrichtung versehen ist, mit deren Hilfe das Trägersignal mit der von der modulierten Hilfsträgerwelle im frequenzmoduüerten Signal herbeigeführten unteren Seitenbandkomponente erster Ordnung in der Impulsbreite moduliert wird.

16. Videoaufzeichnungs- und/oder -wiedergabevorrichtung, die mit einer Vorrichtung nach Anspruch 15 versehen ist.