DE2932817A1

DE2932817A1 - Fernsehsignalempfaenger

Info

Publication number: DE2932817A1
Application number: DE19792932817
Authority: DE
Inventors: Osamu Shizuya
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-08-02
Filing date: 1979-08-13
Publication date: 1981-02-26
Also published as: DE2932817C3; DE2932817B2; US4281348A

Description

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Beschreibung , _D —^———____

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Die Erfindung betrifft einen Fernsehsignalempfänger. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Fernsehsignalempfänger zum Empfang eines Fernsehsignals, das durch eine Frequenzmodulation durch ein Videosignal erzeugt wird.

Beim Empfang eines durch Frequenzmodulation durch ein Videosignal erzeugten Fernsehsignals besteht eine Schwierigkeit darin, daß im wiedergegebenen Bild schwarzes Impulsrauschen und weißes Impulsrauschen auftreten, besonders wenn das empfangene Fernsehsignal schwach ist. Bisher wurde noch keine wirksame Maßnahme zur Herabsetzung dieses Rauschens am wiedergegebenen Bild vorgeschlagen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen verbesserten Fernsehsignalempfänger zu schaffen, der ein Bild von verbesserter Qualität wiedergeben kann.

Dazu ist der erfindungsgemäße Fernsehsignalempfänger in der in dem Hauptanspruch angegebenen Weise ausgebildet, während die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung charakterisieren.

Der erfindungsgemäße Fernsehsignalempfänger eignet sich zum Empfang eines Fernsehsignals und damit für den Einsatz bei einer Fernsehsignalübertragungsanlage (mit Zwischensendern) und insbesondere für eine Fernsehsatellitenanlage. Da zur wahlweisen Ausfilterung eines gewählten Fernsehsignals ein Bandfilter vorgesehen und so ausgelegt ist, daß die Mittelfrequenz von einer dem Mittelpegel des Videosignals entsprechenden Frequenz zur Seite einer anderen Frequenz verschoben wird, welche dem weißen Sic;nalpegel entspricht, wird das Bildrauschen bei schwachen ankommenden Signalen verringert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:

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Fig. 1 Ein Schaltbild des allgemeinen Aufbaus eines bekannten Fernsehsignalempfängers zur Erläuterung der Grundlage der Erfindung;

Fig. 2 ein Kurvenbild mit der Wellenform eines Videosignals;

Fig. 3 ein Kurvenbild der allgemeinen Beziehung zwischen dem Bildrauschen und der Versetzung der Mittelfrequenz eines Bandfilters in einem Fernsehsignalempfänger;

Fig. 4(a) ein Vektordiagramm zur Erläuterung des Einflusses des Rauschens auf das Videosignal;

Fig. 4(b) und Fig. 4(c) zeigt Diagramme zur Erläuterung der Erzeugung eines Rauschens im Videosignal;

Fig. 5 ein Kurvenbild mit den Beziehungen zwischen Frequenzversetzungen ZikFBo der Mittelfrequenz eines Bandfilters in einem'Fernsehsignalempfänger und der übertragungsgüte des wiedergegebenen Bildes;

Fig. 6 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Fernsehsignalempfängers;

Fig. 7(a) ein Ausführungsbeispiel eines Bandfilters im erfindungsgemäßen Fernsehsignalempfänger;

Fig. 7(b) ein Kurvenbild für die Beziehung zwischen der Mittelfrequenz und einer Schwundregelspannung des Gerätes der Figur 6;

Fig. 8 ein Kurvenbild der Versuchsdaten des Bildrauschens und der Versetzung der Mittelfrequenz eines Bandfilters bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Zunächst seien die Grundlagen der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 5 erläutert. Fig. 1 zeigt einen allgemeinen Aufbau eines bekannten Satelliten-Fernsehsignalempfängers, bei welchem die Ausgangsklemme einer Freilandparabolantenne 1 an die Eingangsklemme eines SHF-UKW-Umsetzers 2 geführt ist, welcher das SHF-Fernsehsignal in ein UKW-Fernsehsignal umsetzt und es über ein UKW-Kabel 9 an den Eingang eines UKW-VHF-Umsetzers anlegt, d.h. an einen

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zweiten Frequenzumsetzer 3 in einem Innenräumgerät 8. Der zweite Frequenzumsetzer 3, der das Ausgangssignal des Uberlagerungsoszillators 31 verwendet, setzt das UKW-Signal in ein Signal Fo einer zweiten Zwischenfrequenz um und speist es über ein Bandfilter 4 einem zweiten Zwischenfrequenzverstärker 5 ein. Der Verstärker 5 ist ein Verstärker mit automatischem Schwundausgleich (automatische Steuerung des Verstärkungsfaktors), der das zweite Zwischenfrequenzsignal des FM-Signals verstärkt und es einem bekannten FM-Detektor 6 anlegt, einen bekannten Begrenzer sowie einen Frequenzdiskriminator umfaßt. Der FM-Detektor demoduliert das zweite Zwischenfrequenzsignal und gibt ein demoduliertes Mehrfachsignal an die Ausgangsklemme 7 ab, das aus einem Videosignal und einem Tonhilfsträgersignal besteht.

Für die vorstehend erwähnte Schaltung gelten nach der Carsonregel der FM-Modulation die folgenden Gleichungen:

FBo = Fo (1)

und B = 2 (Af + fm) (2), worin

Fo = zweite Zwischenfrequenz,

fm = maximale Frequenzkomponente im Videosignal, ^F = maximale Frequenzversetzung des FM-Signals, FBo ■ - Mittelfrequenz des Bandfilters 4, B = Bandbreite des FM-Signals.

Bei der herkömmlichen Anlage wurden Fernsehsignalempfänger zum Empfang des FM-Fernsehsignals so ausgelegt, daß sie Bedingungen der vorstehenden Gleichungen erfüllen.

Der Erfinder fand jedoch auf empirische Weise, daß Rauschen im wiedergegebenen Bild weiter abnimmt, wenn die Mittelfrequenz FBo von der zweiten Zwischenfrequenz Fo, welche eine dem Mittelpegel oder Mittelniveau des Videosignals entsprechende Frequenz ist, zur Seite einer anderen Frequenz versetzt wird, welche einer Momentanfrequenz des weißen Signalpegels entspricht.

Nachstehend seien die Grundlagen der Erfindung in näheren Einzelheiten erläutert. Die Fernsehträgerfrequenz wird durch ein Modu-

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lationssignal moduliert/ das aus einer Bildsignalkomponente und einer Synchronsignalkomponente besteht (Fig. 2). Das Verhältnis der maximalen Frequenzverschiebung "a" (entsprechend einer Verschiebung vom schwarzen zum weißen Niveau) für die Videosignalkomponente, und die Frequenzverschiebung "b" der Synchronsignalkomponente wurde auf 7 : 3 festgelegt. Nach Fig. 2 entsprechen die Momentanpegel des Videosignals den Momentanfrequenzen des FM-Signals der zweiten Zwischenfrequenz. Bei den herkömmlichen Empfängern wird die Mittelfrequenz FBo des Bandfilters 4 auf eine Frequenz gelegt, welche die Mitte der Summe der Frequenzverschiebungen a + b ist. Daher liegt die Mittelfrequenz FBo des Filters nicht an der Mittellinie der Videofrequenzverschiebung "a", sondern um eine Frequenzversetzung
zen Pegel entsprechenden Seite.

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dern um eine Frequenzversetzung von -^ χ a näher an der dem schwarBeim Empfang von Satellitenfernsehen ist das SHF-Eingangssignal nicht genügend stark, und daher erfolgt der Empfang des frequenzmodulierten FM-Signals in der Nachbarschaft eines FM-Schwellenpegels, nämlich dem Zustand, in welchem das Verhältnis Trägerfrequenz : Rauschen klein ist. Wie bekannt, treten beim Empfang des FM-Signals in der Nachbarschaft des Schwellwertpegels der Frequenzmodulation eigene Schwierigkeiten durch Dreiecksrauschen und Impulsstörungen auf. Speziell in der Nachbarschaft des Schwellwertpegels steigen die Impulsstörungen bei abnehmender Stärke des Eingangssignals schnell an. Auf dem Bildschirm wird der Einfluß der Impulsstörungen in schwarzes und weißes Impulsrauschen unterteilt. Die Beziehung zwischen der Versetzung AFBo der Mittelfreguenz FBo des Bandfilters 4 und die Anzahl der schwarzen Raus-chstörungen, der weißen Rauschstörungen und ihre Gesamtzahl sind Ln Fig. 3 gezeigt. Nach Fig. 3 ist bei einer Nullfrequenzversetzung (Z^FBo = O), auf welche die herkömmlichen Fernsehgeräte lie Mittelfrequenz legen, das schwarze Rauschen stärker als das /eiße Rauschen. Andererseits ist die Anzahl der schwarzen Rausch-.mpulse sowie der weißen Rauschimpulse verhältnismäßig klein, und lamit ist auch die Gesamtzahl bei der Frequenzversetzung ^FBo * ι minimal, wo die Mittelfrequenz FBo des Bandfilters auf der Mitellinie der Frequenzen entsprechend dem weißen und dem schwarzen egel des Videosignals gewählt wird {Fig. 2).

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Der Erfinder fand auf empirische Weise, daß das beste Ergebnis für die Verringerung des Rauschens im Bilde bei einer weiteren Versetzung nach ΔFBo = d von der Mittelfrequenz FBo des Bandfilters erreicht wird. Ein Bild mit dem geringsten Rauschen erreicht man durch Auswahl der Mittelfrequenz FBo für eine solche Frequenz, die der dem weißen Rauschpegel entsprechenden Frequenz näher ist und dabei die Mittelfrequenz c des Frequenzsignals "a" für das Bildsignal überschreitet. Diese empirische Tatsache kann damit erklärt werden, daß das durchschnittliche Auge das schwarze Rauschen stärker sieht als das weiße Rauschen.

Der Grund für die Erzeugung und die Art des in das Videosignal induzierten Rauschens kann wie folgt erklärt werden:

Das Videowirksignal und das Rauschen können durch ein Vektordiagramm nach Fig. 4(a) dargestellt werden, worin D einen Vektor des Videowirksignals darstellt, N einen Vektor des Rauschens, z.B. ein Wärmerauschen, im Empfänger, und S stellt den gemeinsamen Vektor der Vektoren D und N dar. Nach Ablauf der Zeit verändert der Vektor für das Wärmerauschen seine Länge und Richtung, beispielsweise in die durch den gestrichelten VektorD¹ dargestellte Richtung. Daher ändert sich der zusammengesetzte Vektor von £? nach S' (Fig. .4(a)) und während der Änderung bewegt sich die Spitze des Vektors um den Ursprungspunkt des Vektors D durch Änderung der Vektorrichtung um 2 It . Da das Ausgangssignal des FM-Detektors 6 im Zeitdifferential der Momentanphase der Trägerfrequenz proportional ist, erzeugt die vorerwähnte Änderung von 2ΊΓ des zusammengesetzten Vektors eine in Fig. 4(c) gezeigte Impulsstörung, die schwarzes oder weißes Rauschen bildet.

Um diese Impulsstörungen zu unterbinden, wurden bisher FM-Rückkopplungsdemodulationsschaltungen, eine phasenstarre Demodulationsschaltung sowie eine FM-Demodulationsschaltung mit mehrfacher Schleifenrückführung vorgeschlagen. Doch erfordern diese Schaltungen einen sehr komplizierten Aufbau, wodurch der Empfänger viel zu teuer als Heimgerät für den Satellitenempfang wird.

Kurven für den Verlauf der Bildübertragungsgüte aufgrund von Fak-

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toren außer den Impulsstörungen, beispielsweise aufgrund von differentieller Verstärkung und differentieller Phase des Videosignals, von Restbrummgeräuschen, und Klirrfaktor des Synchronsignals sind in Fig. 5 gezeigt. Die Kurve e von Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen der Mittelfrequenzverschiebung und der Übertragungsgüte. Nach dem Verlauf der Kurve e wird die übertragungsgüte schlechter, wenn sich die Verschiebung der Mittelfrequenz des Bandfilters von der Mittelfrequenz der Frequenzbereiche a + b der Fig. 2 vergrößert. Dies wird durch die bekannte Gruppenlaufzeitentzerrung eines Bandfilters bewirkt. Die Kurven f, g und h zeigen den Einfluß der Störungen einschließlich der vorerwähnten Impulsstörungen auf die gesamte Bildübertragungsgüte, wobei der Parameter der Kurven e bis h die Empfangsstärke des Videoeingangssignals ist. Wie diese Kurven zeigen, wird die übertragungsgüte bei schwächerem Eingangsfernsehsignal schlechter, und außerdem verschiebt sich die Bedingung, eine minimale Ubertragungsgüteskala zu erhalten von der Bedingung AFBo ■ O zur Bedingung, daß Δ FBo = c oder AFBo = d.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß eine größere Verschiebung der Mittelfrequenz in Richtung auf das weiße Niveau erfolgen soll, wenn das Eingangs-Fernsehsignal kleiner wird. Bei hinreichend großem Eingangsignal kann die Bedingung Δ FBo « O ausreichend sein.

Somit besteht die Verbesserung bei einem Empfangsgerät für ein Fernsehsignal, das durch eine Frequenzmodulation durch ein Videosignal erzeugt wird, erfindungsgemäß darin, daß ein Bandfilter im Empfänger vorgesehen ist, um wahlweise das Videosignal mit einer Mittelfrequenz abzugreifen, die zwischen einer Momentanfrequenz entsprechend dem Mittelpegel des Videosignals und einer anderen Momentanfrequenz entsprechend im Signalpegel des weißen Rauschens liegt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Figuren 6 und 7 näher erläutert. In der Schaltung der Figur 6 ist die Ausgangsklemme einer Freilandparabolantenne 1 mit der Eingangsklemme eines SHF-UKW-Umsetzers 2 verbunden, der das

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frequenzmodulierte SHF-Fernsehsignal in ein frequenzmoduliertes UKW-Fernsehsignal umsetzt und es über ein UKW-Kabel 9 an den Eingang eines UKW-VHF-Umsetzers anlegt, d.h. an einen zweiten Frequenzumsetzer 3 eines Innenraumgerätes 8. Der zweite Frequenzumsetzer 3, der das Ausgangssignal des Überlagerungsoszillators 31 benutzt, setzt das UKW-Signal in ein zweites Zwischenfrequenzsignal Fo um und speist es über ein Bandfilter 4 dem Verstärker 5 ein. Dieser ist ein bekannter schwundausgleichgeregelter Verstärker (automatische Verstärkungsregelung) und verstärkt das zweite Zwischenfrequenzsignal des FM-Signals und überträgt dieses Signal an einen bekannten FM-Detektor 6, der einen bekannten Begrenzer und Frequenzdiskriminator umfaßt. Der FM-Detektor demoduliert das zweite Zwischenfrequenzsignal und gibt ein demoduliertes Multiplexsignal an die Ausgangsklemme 7, das aus einem Videosignal und einem Tonhilfsträgersignal besteht. Der Verstärker 5 erzeugt über eine Verbindung 8 mit einem Spannungsregelkreis 17 ein Signal, das dem Spannungspegel des Eingangssignals entspricht. Der Spannungsregelkreis 17 speist dem Bandfilter 4 und dem überlagerungsoszillator 31 Steuerspannungen ein, so daß das Bandfilter 14 seineMittelfrequenz und der überlagerungsoszillator 31 seine Oszillatorfrequenz verschiebt. Fig. 7(a) zeigt ein Ausführungsbeispiel des Schaltungsaufbaus eines bekannten Bandfilters 4, in welchem Dioden Cv von veränderlicher Kapazität in Reihe mit Kondensatoren der einzelnen Oszillatorschwingkreise geschaltet sind, und von einer Vorspannungsquelle Va wird den Dioden Cv von veränderlicher Kapazität eine Vorspannung eingeprägt. Fig. 7(b) zeigt die Charakteristik des Bandfilters 4, worin die Abszisse die ihrer Elektrode eingeprägte Spannung und die Ordinate die Verschiebung der Mittelfrequenz FBo zeigt. Die Charakteristik des Bandfilters 4 wird durch die Spannungsänderung an der Anschlußleitung 18 so weit gesteuert, daß die Frequenzverschiebung der Mittelfrequenz in Abhängigkeit von der Stärke des Fernseheingangssignals in der gestrichelten Fläche der Figur 5 erfolgt. Die Oszillatorfrequenz des Überlagerungsoszillators 31 des zweiten Frequenzumsetzers 3 wird auch durch andere Bauteile mit veränderlicher Kapazität so gesteuert, daß eine Auswahl leicht durch Anlegen einer entsprechenden Steuerspannung durch den Steuerspannungskreis 17 getroffen werden kann.

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Fig. 8 zeigt Kurven für die Ist-Beziehungen zwischen der Frequenzversetzung durch AfBo der Mittelfrequenz FBo des Bandfilters 4 eines Ausführungsbeispiels der Figur 6 sowie Zählschritten der weißen und der schwarzen Rauschimpulse und deren Gesamtzahl. Im Ausführungsbeispiel ist die Bandbreite "a" des Videosignals 12 MHz, und die Bandbreite BW des Bandfilters 4 gleich 26 MKz, Als Parameter gilt die Spitze des Eingangs-Fernsehsignals. Wie die Kurven zeigen, ergibt sich die beste Leistung in Bezug auf Rauschen, wenn die Frequenzversetzung AFBo zwischen 1 und 1,5 MHz auf der Seite des weißen Rauschpegels liegt. Durch Verschieben der Mittelfrequenz FBo wird die C/N-Zahl (Signal-Rausch-Verhältnis) auf einen Wert verbessert, der gleich ist dem, wenn das Gerät ein Fernsehsignal empfängt, das um 1 bis 2 dB stärker ist als das empfangene. Ist-Signal.

Durch spezielle Wahl der Mittelfrequenz des Bandfilters kann, wie vorstehend erläutert, das erfindungsgemäße Empfangsgerät das Bild mit einem verbesserten Rauschen wiedergeben. Daher ist das schwächste Fernseheingangssignal, das noch einen Direktempfang von Satellitensendungen erlaubt, 1 bis 2 dB schwächer als das des herkömmlichen Gerätes. Dies gestattet die Verwendung einer kleineren Parabolantenne und die Verwendung von Empfängern mit einer höheren Rauschzahl und damit auch die Massenfertigung von billigeren Empfangsgeräten als bisher.

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Claims

• PAT E N TA N WA LT E= KLAUS D. KIRSCHNER WOLFGANG GROSSE DIPL-PHYSIKER D I P L.-I N G E N I E U R ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROpAlSChEN PATENTAMT HERZOG-WILHELM-STR. 17 D-8 MÜNCHEN 2 IKR ZEICHEN YOUR REFERENCE: UNSER ZEICHEN „ ocrjfi K/HTf Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. our reference· ' Osaka, Japan DATUM: 13. August 1979 Fernsehsignalempfanger Patentansprüche

1. Fernsehsignalempfänger/ bei dem das Fernsehsignal durch Frequenzmodulation durch ein Videosignal erzeugt wird, und der einen Bandfilter zur wahlweisen Ausfilterung eines gewählten Fernsehsignals aufweist, das einem FM-Detektor eingespeist wird, um ein Videosignal abzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelfrequenz des Bandfilters (4) zwischen einer dem Mittelpegel des Videosignals (FBo) entsprechenden MoiriGntanfrequenz und einer anderen, dem weißen Signalpegel entsprechenden Momentanfrequenz gewählt wird.

2. Fernsehsignalempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Frequenzumsetzer (3) mit einem überlagerungsoszillator (31) umfaßt, dessen Oszillatorfrequenz durch die Stärke des Fernseheingangssignals (S) eingestellt wird.

3. Fernsehsignalempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandfilter (4) Resonanzkreise (Fig. 7a) mit Bauteilen veränderlicher Kapazität (Cv) sowie eine Steuerschaltung (17) umfaßt, um eine Spannung (Va) den Bauteilen (Cv) mit regelbarer Kapazität in Abhängigkeit von der Stärke des Fernseheingangssignals (S) einzuprägen.

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4. Fernsehsignalempfanger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der überlagerungsoszillator (31) Bauteile mit regelbarer Kapazität (Cv) umfaßt, und daß eine Steuerschaltung (17) eine Spannung (Va) den Bauteilen mit regelbarer Kapazität (Cv) in Abhängigkeit von der Stärke des Fernseheingangssignals (s) einprägt.

5. Fernsehsignalempfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandfilter (4) Resonanzkreise (Fig. 7a) mit Bauteilen von regelbarer Kapazität (Cv) umfaßt, daß der überlagerungsoszillator (31) Bauteile mit veränderlicher Kapazität (Cv) umfaßt, und daß der Fernsohsignalempfanger außerdem eine Steuerschaltung (17) besitzt, um Steuerspannungen (Va) den Bauteilen mit regelbarer Kapazität (Cv) in Abhängigkeit von der Stärke des Fernseheingangssignals (S) einzuprägen.

6. Fernsehsignalempfänger nach ainem der vorhergehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Frequenzversetzung (AFBo) so gewählt wird, daß sie etwa y? χ a beträgt, worin a" die maximale Frequenzabweichung des Bildsignals ist

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