DE2932817B2

DE2932817B2 - Fernsehsignalempfänger

Info

Publication number: DE2932817B2
Application number: DE2932817A
Authority: DE
Inventors: Osamu Osaka Shizuyu
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1979-08-02
Filing date: 1979-08-13
Publication date: 1981-07-02
Also published as: US4281348A; DE2932817A1; DE2932817C3

Description

Die Erfindung betrifft einen Fernsehsignalempfänger entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Ein Fernsehsignalempfänger nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches ist aus der DE-AS 23 30 628 bekannt Beim Empfang eines frequenzmodulierten Fernsehsignales besteht eine Schwierigkeit darin, daß im wieder gegebenen Bild schwarzes Impulsrauschen und weißes Impulsrauschen auftreten. Dies gilt besonders, wenn das empfangene Fernsehsignal schwach ist. Der bekannte Empfänger hat ebenfalls diesen Mangel, und es werden keine wirksamen Maßnahmen zur e» Herabsetzung des Rauschens im wiedergegebenen Bild getroffen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Fernsehsignalempfänger der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine möglichst weitgehende Herabsetzung des schwarzen und weißen Impulsrauschens im wiedergegebenen Bild erreicht wird.

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 Signalpegel entspricht, wird das Bildrauschen bei schwachen ankommenden Signalen verringert

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

F i g. 1 ein Schaltbild des allgemeinen Aufbaus eines bekannten Fernsehsignalempfängers zur Erläuterung der Grundlage der Erfindung,

F i g. 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,

F i g. 4(b) und F i g. 4(c) zeigt Diagramme zur Erläuterung der Erzeugung eines Rauschens im Videosignal,

F i g. 5 ein Kurvenbild mit den Beziehungen zwischen Frequenzversetzungen AFBo der Mittelfrequenz eines Bandfilters in einem Fernsehsignalempfänger und der Übertragungsgüte des wiedergegebenen Bildes,

Fig.6 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Fernsehsignalempfängers,

F i g. 7(a) ein Ausfuhrungsbeispiel eines Bandfilters im erfindungsgemäßen Fernsehsignalempfänger,

F i g. 7(b) ein Kurvenbild für die Beziehung zwischen der Mittelfrequenz und einer Schwundregelspannung des Gerätes der F i g. 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 F i g. 1 bis 5 erläutert F i g. 1 zeigt einen allgemeinen Aufbau eines bekannten Satelliten-Fernsehsignalempfängers, bei welchem die Ausgangsklemme einer Freilandparabolantenne 1 an die Eingangsklemme eines SHF-UHF-Umsetzers 2 geführt ist, welcher das SHF-Fernsehsignal in ein UHF-Fernsehsignal umsetzt und es über ein UHF-Kabel 9 an den Eingang eines UHF-VHF-Umsetzers anlegt, d.h. an einen zweiten Frequenzumsetzer 3 in einem Innenraumgerät 8. Der zweite Frequenzumsetzer 3, der das Ausgangssignal des Überlagerungsoszillators 31 verwendet, setzt das UHF-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

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Schwundausgleich (automatische Steuerung des Verstärkungsfaktors), der das zweite Zwischenfrequenzsignal des FM-Signals verstärkt und es einem bekannten FM-Detektor 6 anlegt, der einen bekannten Begrenzer sowie einen Frequenzdiskriminator umlaßt. Der FM-Detektor 6 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 Carsparegel der FM-Modulation die folgenden Gleichungen:

FBo = Fo (1)

und

B = 2(UF+ fm) (2)

Fo = zweite Zwischenfrequenz, fm = maximale Frequenzkomponente im Videosignal,

AF = 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, jo 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 r, Signalpegels entspricht

Nachstehend seien die Grundlagen der Erfindung in näheren Einzelheiten erläutert. Die Frensehträgerfrequenz wird durch ein Modulationssignal moduliert, das aus einer Bildsignalkomponente und einer Synchron- 4» Signalkomponente besteht (F i g. 2). Das Verhältnis der maximalen Frequenzverschiebung »a« (entsprechend einer Verschiebung vom schwarzen zum weißen Niveau) für die Videosignalkomponente, und die Frequenzverschiebung »Zx< der Synchronsignalkomponente wurde auf 7 :3 festgelegt Nach F i g. 2 entsprechen die Momentanpegel des Videosignals den Momentanfrequenzen des FM-Signals der zweiten Zwischenfrequenz. Bei din herkömmlichen Empfängern wird die Mittelfrequenz FBo des Bandfilters 4 auf eine Frequenz gelegt, welche die Mittel der Summe der Frequenzverschiebungen a+b ist Daher liegt die Mittelfrequenz FBo des Filters nicht an der Mittellinie der Videofrequenzverschiebung »a«, sondern um eine F'equenzver-

setzung von —— χ a näher an der dem schwärzen Pegel

entsprechenden Seite.

Beim Empfang von Satellitenfernsehen ist das SH F-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 h> eigene Schwierigkeiten durch Dreiecksrauschen und Impulsstörungen auf. Speziell in der Nachbarschaft des Schwellwertpegels steigen die Impulsstörungen bei abnehmenender 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 Mittelfrequenz FSo des Bandfilters 4 und die Anzahl der schwarzen Rauschstörungen, der weißen Rauschstörungen und ihre Gesamtzahl sind in Fig.3 gezeigt Nsch F i g. 3 ist bei einer Nullfrequenzversetzung (4FjBo=O), auf welche die herkömmlichen Fernsehgeräte die Mittelfrequenz legen, das schwarze Rauschen stärker als das weiße Rauschen. Andererseits ist die Anzahl der schwarzen Rauschimpulse sowie der weißen Rauschimpulse verhältnismäßig klein, und damit ist auch die Gesamtzahl bei der Frequenzversetzung AFBo=C minimal, wo die Mittelfrequenz FBo des Bandfilters auf der Mittellinie der Frequenzen entsprechend dem weißen und dem schwarzen Pegel des Videosignals gewählt wird (F ig. 2).

Der Erfinder fand auf empirische Weise, daß das beste Ergebnis für die Verringerung des Rauschens im Bilde bei einer weiteren Versetzung nach AFBo= d von der Mittelfrequenz FBc 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 smpirische 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 F i g. 4(a) dargestellt werden^ worin zTeinen Vektor des Videowirksignals darstellt, N einen Vektor des Rauschens, z. B. ein Wärmerauschen, im Empfänger, und ^stellt den gemeinsamen Vektor der Vektoren Dund A/dar. Nach Ablauf der Zeit verändert der Vektor für das Wärmerauschen seine Länge und Richtung, beispielsweise in die durch den gestrichelten Vektor D' dargestellte Richtung^Daher ändert sich der zusammengesetzte Vektor von 5 nach ?'(F i g. 4(a)) und während der Änderung bewegt sich die Spitze des Vektors um den Ursprungspunkt des Vektors B durch Änderung der Vektorrichtung um 2 π. Da das Ausgangssignal des FM-Detektors 6 im Zeitdifferential der Momentanphase der Trägerfrequenz proportional ist, erzeugt die vorerwähnte Änderung von 2 π 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 Faktoren außer den Impulsstörungen, beispielsweise aufgrund von diffcrentieller Verstärkung u;"/i differentieller Phase des Videosignals, von Restbrummgeräuschen, und Klirrfaktor des Synchronsignals sind in F i g. 5 gezeigt. Die Kurve e von F i g. 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 F i g. 2 vergrößert. Dies wird durch die bekannte Gmppenlaufzeitentzerrung eines Bandfilters bewirkt. Die Kurven f,g \md 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 Übertragungsgüteskala zu erhalten von der Bedingung UFBo=Q zur Bedingung, daß AFBo= coder AFBo= d

Zusammenfassend ist zu sagen, daß eine größere Verschiebung der Mittelfrequenz in Richtung auf das weiße Niveau erfolgen soll, wenn das Eingangs-Femsehsignal kleiner wird. Bei hinreichend großem Eingangssignal kann die Bedingung AFBo=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 F i g. 6 und 7 näher erläutert. In der Schaltung der Fig.6 ist die Ausgangsklemme einer Freilandparabolantenne 1 mit der Eingangsklemme eines SHF-UHF-Umsetzers 2 verbunden, der das frequenzmodulierte SHF-Fernsehsignal in ein frequenzmoduliertes UHF-Fernsehsignal umsetzt und es über ein UHF-Kabel 9 an den Eingang eines UHF-VHF-Umsetzers anlegt, d. h. an einen zweiten Frequenzumsetzer 3 eines !nnenraumgerätes 8. Der zweite Frequenzumsetzer 3, der das Ausgangssignal des Überlagerungsoszillators 31 benutzt, setzt das UHF-Signal in ein zweites Zwischenfrequenzsignal Fo um und speist es über ein Bandfilter 4* dem Verstärker 5 ein. Dieser ist ein bekannter schwundausgleichsgeregelter 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 Spannunsregelkreis 17 speist dem Bandfilter 4 und dem Überlagerungsoszillator 31 Steuerspannungen ein, so daß das Bandfilter 14 seine Mittelfrequenz und der Überlagerungsoszillator 31 seine Oszillatorfrequenz verschiebt. F i g. 7(a) zeigt ein Ausführungsbeispiel des Schaltungsaufbaus eines bekannten Bandfilters 4, in welchem Dioden Cv von veränderlicher Kapazität in

ίο Reihe mit Kondensatoren der einzelnen Oszillatorschwingkreise geschaltet sind, und von einer Vorspannungsquelle Va wird den Dioden Cv von veränderlicher Kapazität eine Vorspannung eingeprägt F i g. 7(b) zeigt die Charakteristik des Bandfilters 4, worin die Abszisse

!5 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 Fig.5 erfolgt. Die Oszillatorfrequenz des Überlager rungsoszillators 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.

F i g. 8 zeigt Kurven für die Ist-Beziehungen zwischen der Frequenzversetzung durch AFBo der Mittelfre quenz FBo des Bandfilters 4 eines Ausführungsbeispiels der Fig.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 BWats Bandfilters 4 gleich 26 MHz. 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 GW-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.

4> 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

so 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 Massenferti gung von billigeren Empfangsgeräten als bisher.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fernsehsignalempfänger für ein entsprechend einem Videosignal frequenzmoduliertes Fernsehsignal, der ein Bandfilter zur Ausfilterung eines gewählten Fernsehsignals aufweist, das einem FM-De tektor eingespeist wird, um ein Videosignal abzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelfrequenz des Bandfilters (4) zwischen der dem Mittelpegel (FBo) des Videosignals entsprechenden Momentanfrequenz und der dem weißen Signalpiegel entsprechenden Momentanfrequenz gewählt ist

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

3. Fernsehsignalempfänger nach Anspruch 1, dadurcii gekennzeichnet, daß das Bandfilter (4) Resonanzkreise (F i g. 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 fSJ einzuprägen.

4. Fernsehsignalempfänger 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 Fernse heingangssignals (S) einprägt.

5. Fernsehsignalempfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandfilter (4) J5 Resonanzkreise (F i g. 7a) mit Bauteilen von regelbarer Kapazität (Cv) umfaßt, daß der Überlagerungsoszillator (31) Bauteile mit veränderlicher Kapazität (Cv) umfaßt, und daß der Fsrnsehsignalempfänger außerdem eine Steuerschaltung (17) besitzt, um Steuerüpannungen (Karden Bauteilen mit regelbarer Kapazität (Cv) in Abhängigkeit von der Stärke des Fernseheingangssignals (φeinzuprägen.

6. Fernsehsignalempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Frequenzversetzung (AFBo) der Mittelfrequenz des Bandfilters von dem Mittelpegel

des Videosignals zu etwa — χ a bewählt ist, wobei

»a« die: maximale Frequenzabweichung des Videosignales ist.