DE3013193A1 - Selbstabgleichende glockenfilterschaltung, insbesondere fuer secam-codierer - Google Patents
Selbstabgleichende glockenfilterschaltung, insbesondere fuer secam-codiererInfo
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Description
RCA 73,927
RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)
für SECAM-Codierer
Die Erfindung betrifft die automatische Regelung der Durchlaßkurve
eines Filters, insbesondere eines Glockenfilters, wie es beim Codierer einer SECAM-Fernsehkamera verwendet wird.
Neuere Entwicklungen gemäß der französischen SECAM-Norrti haben
gezeigt, daß einige Toleranzen des SECAM-Systems in Zukunft enger gefaßt werden müssen. Daraus ergeben sich nicht nur Probleme
beim Entwurf von Codierschaltungen, sondern auch der fabrikatorische
Abgleich von SECAM-Codierern bei der Herstellung wird schwieriger. Testeinrichtungen wie Vektorsichtgeräte, welche
einen einfachen und genauen Abgleich von NTSC- und PAL-Codierern erlauben, existieren für SECAM nicht. Es besteht daher ein
großes Bedürfnis zur Einführung selbstabgleichender Schaltungen in SECAM-Codierern.
SECAM-Codierer verwenden unter anderem ein Kerbfilter mit einer glockenförmigen Amplituden/Frequenz-Kennlinie, und diese Kennlinie
muß stabil sein, damit die Codierung richtig erfolgt. Da sich jedoch die Parameter der das Filter bildenden Komponenten
mit der Zeit ändern, muß ein solches Filter periodisch neu abgeglichen werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung einer Schaltung und eines Verfahrens zum automatischen Abgleichen eines
030tU2/Ö83S
Filters, wie es in einer SECAM-Fernsehkamera verwendet wird. Diese
Aufgabe wird kurz gesagt gelöst durch Abtasten der Amplitude eines Ausgangssignals des Filters und Erzeugung einer Regelspannung
für das Filter entsprechend der abgetasteten Amplitude.
In den beiliegenden Zeichnungen zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines SECAM-Codierers unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung;
Fig. 2 eine Darstellung einer idealen Frequenzkurve des Glockenfilters
und Figur 2a eine Ausführungsform eines Filters;
Fig. 3a eine bevorzugte Ausführungsform einer Schaltung zur
automatischen Regelung des Frequenzgangs des Filters gemäß den Prinzipien der hier zu beschreibenden Erfindung,
während die Fig. 3b, c, d und e Kurvenformen zeigen, wie sie in der Schaltung gemäß Fig. 3a auftreten;
Fig. 4 einige Schaltungseinzelheiten aus Fig. 3;
Fig. 5 eine Möglichkeit zum Ersetzen zweier Schaltungen gemäß Fig. 4 durch eine einzige Schaltung;
Fig. 6 und 7 äquivalente Schaltungen für die Anordnung gemäß Fig. 5;
Fig. 8 der SECAM-Norm entsprechende Vertikalidentifikationsimpulse
und ein halbzeilenfrequentes Schaltsignal;
Fig. 9 einige auftretende Schwingungsformen und
Fig.10 eine detaillierte Darstellung einer Ausführungsform der
Erfindung.
Das SECAM-System verwendet eine Frequenzmodulation des Farbträgers
mittels zeilensequentieller Farbdifferenzsignale. Die Mittenfrequenz
des Farbträgers beträgt für das (B-Y)-Signal FQB =
4,25 MHz und für das (R-Y)-Signal FQR = 4,40625 MHz. Die maximale
Abweichung des Farbträgers wird für die (B-Y)- und (R-Y)-Signale durch D_. bzw. D_ dargestellt und sollte mit einer Genauigkeit
is R
von 10 kHz eingehalten werden. Während des Auftretens der Hori-
030042/0838
zontalsynchronimpulse wird der Modulator auf F^n oder F^x, nachsynchronisiert.
Fig. 1 zeigt eine Schaltung, welche hierzu in der Lage ist und eine gemäß der Erfindung aufgebaute Anordnung enthält. Der erste
Teil 100 ist ein Basisbandsignalverarbeitungsteil, welcher aus drei Primärfarbsignalen in geeigneter Weise vorverzerrte (Preemphasis)
und geklemmte zeilensequentielle Signale mit Zeilenidentifikationssignalen
erzeugt. Diese Signale werden einer Frequenzregelschleife 102 zugeführt, die ein Basisband-SECAM-FM-Farbsignal
von einem spannungssteuerbaren Oszillator 48 entsprechend den zeilensequentiellen Signalen liefert. Das FM-Signal
wird dann einem Hochfrequenz-Signalverarbeitungsteil 104 zugeführt,
welcher die Phasenumkehr abwechselnder Zeilen bewirkt und eine stärkere Preemphasis und Filterung durchführt.
Es sei nun Fig. 1 genauer betrachtet. Die von einer geeigneten Quelle, wie etwa den Kameraaufnahmeröhren, gelieferten Signale
R, G und B werden einer Matrix 12 zugeführt. Ein Ausgang liefert das Leuchtdichtesignal Y, das einer Verzögerungsschaltung 14 zugeführt
wird, welche die inhärente Schaltungsverzögerung kompensiert, denen die am Eingang 17 der Addierschaltung 16 zugeführten
Farbsignale unterworfen sind. Von dort wird das Leuchtdichtesignal
der Addierschaltung 16 zugeführt, die außerdem das Synchronsignalgemisch
am Eingang 17a erhält. Die Matrix 12 erzeugt auch Farbdifferenzsignale (R-Y und B-Y), die abwechselnd durch
den Zeilensequenzschalter 18, der durch ein halbzeilenfrequentes Schaltsignal (f„/2) gesteuert wird, zu einer Preemphasis-,
Klemm- und Austastschaltung 20 gelangen, der auch Austastimpulse und Klemmimpulse zugeführt werden. In der Schaltung 20 erhalten
die Farbdifferenzsignale eine niedrigfrequente Preemphasis entsprechend der SECAM-Norm. Dann werden sie während des Austastintervalls
auf eine Spannung U/2 geklemmt. Von der Schaltung gelangen die Farbdifferenzsignale zu einem Schalter 22.
Während der Vertikalidentifikationsperiode (das ist die Zeitperiode
während des Halbbildaustastintervalls, wenn die ausge-
030042/0836
sendeten Signale anzeigen, daß gerade das Farbdifferenzsignal übertragen wird) läßt der Schalter 22, welcher durch seinem Steuereingang
23 zugeführte Bottle-Einfügungssignale gesteuert wird, das Sägezahnausgangssignal des Bottle-Generators 24 (welcher
formal als SECAM-Zeilenidentifikatxonssignalgenerator bezeichnet
werden kann) zu einem Eingang jedes der Schalter 26 und 28 gelangen. Zu anderen Zeiten wird den Schaltern 26 und 28 eines der
Farbdifferenzsignale zugeführt. Die Schalter 26 und 28 werden durch das f„/2-Signal gesteuert, ähnlich wie der Betrieb des
Schalters 18. Während des Auftretens der (B-Y)-Zeile ist der Widerstand 30 über den Schalter 26 an eine Spannungsquelle 27 vom
Wert U /2 angeschlossen, während der Widerstand 32 über den Schalter 28 am Ausgang des Schalters 22 liegt, so daß das (B-Y)-Signal
dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 34 zugeführt wird. Während der (R-Y)-Zeile ist der Ausgang des Schalters
22 über den Schalter 26 mit dem Widerstand 30 und dem invertierenden Eingang des Verstärkers 34 verbunden. Zu gleicher Zeit
liegt die Spannungsquelle 27 über den Schalter 28 am Widerstand 32 und am nichtinvertierenden Eingang. Durch diese abwechselnde
Zuführung der Farbsignale zum Verstärker 34 wechselt die Richtung der Abweichung der (R-Y)- und (B-Y)-Farbsignale ab.
Der Widerstand 36 bewirkt eine Gegenkopplung zur Regelung der Verstärkung des Verstärkers 34. Mit Hilfe eines Phasendetektors
38, dem während abwechselnder Zeilen die Frequenzen F und FQB
zugeführt werden, und einer Abtast- und Halteschaltung 40 wird ein Mittenfrequenzregelsignal erzeugt, welches über den Widerstand
42 dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 34 zugeführt wird. Die Abtast- und Halteschaltung 40 arbeitet mit einem
Horizontalsynchronimpuls. Dadurch wird der Oszillator 48 während des Horizontalsynchronintervalls auf die Frequenzen F_n oder
FQB nachsynchronisiert. Das Ausgangssignal des Verstärkers 34
durchläuft einen Amplitudenbegrenzer 44, welcher die obere und untere Abweichungsgrenze unter Verwendung von Potentiometern
44a bzw. 44b bestimmt, und ein Tiefpaßfilter 46 mit einer Grenzfrequenz
von etwa 1,3 MHz und moduliert dann die Frequenz des
030042/0838
spannungsgesteuerten Oszillators 48, wenn dieser nicht nachsynchronisiert
wird. Das Ausgangssignal des Oszillators 48 wird einem Farbträgerphasenschalter 50 zugeführt, der unter Steuerung
durch ein an seinen Eingang 51 gelegtes Schaltsignal jedes Halbbild und ebenfalls jeweils eine von drei Zeilen entsprechend der
SECAM-Norm um 180° in der Phase umkehrt. Das Ausgangssignal des
Schalters 50 durchläuft ein Glockenfilter 52 zur Anhebung der Farbträgeramplitude bei hohen Färbtragerfrequenzabweichungen,
was ebenfalls der SECAM-Norm entspricht. Das Ausgangssignal des
Filters 52 durchläuft ein Bandpaßfilter 54 mit einem Durchlaßbereich
von 3 bis 5,5 MHz und gelangt zu einer Austastschaltung 56, der auch Austastimpulse zugeführt werden, ehe das FM-Farbsignal
dem Y-Signal und dem Synchronsignalgemisch durch die Addierschaltung
16 hinzuaddiert wird. Die Glockenfilterregelschaltung 58, welche noch im einzelnen beschrieben wird, ist zur Regelung der
Glockenfilterfrequenz an das Bandpaßfilter 54 und das Glockenfilter
52 angeschlossen.
Fig. 2 zeigt eine Glockenfilterkurve. Man sieht, daß das Filter
58 das modulierte Signal anhebt, wenn die Abweichung von der Mittenfrequenz des Glockenfilters weggerichtet ist, wie es für eine
SECAM-Hochfrequenz-Preemphasisschaltung normal ist. Die Spitzenabweichung
in dieser Richtung von den unmodulierten Trägerfrequenzen F_._ und F^n beträgt 350 kHz, und die sich ergebenden Frequenzen
werden D bzw. D_ genannt und mit Hilfe der Potentiometer
44a bzw. 44b bestimmt. Die maximal zulässige Abweichung zur Mittenfrequenz des Filters beträgt 506 kHz. Das Filter liegt mittig
um 4,286 MHz, und sein Gütefaktor Q liegt bei etwa 16. Fig. 2a zeigt eine geeignete Filterschaltung. Ein Transistor 60 erhält
an seiner Basis ein Eingangssignal und über einen Widerstand 62 an seinem Kollektor eine Betriebsgleichspannung, und der Kollektor
bildet gleichzeitig den Ausgang der Schaltung. Ein Widerstand 64 führt dem Emitter über eine Induktivität 68 eine Gleichvorspannung
zu. Ein abgestimmter Parallelkreis mit einer Induktivität 68 und einer Kapazität 70 liegt parallel zu einem Widerstand
66. Bei der Resonanzfrequenz, welche zwischen den unmodulierten Trägerfrequenzen liegt, hat die abgestimmte Schaltung
030042/0831
eine hohe Impedanz, so daß der Widerstand 66 in Reihe mit dem Widerstand 64 erscheint. Dadurch erhöht sich die Gegenkopplung,
und die Verstärkung verringert sich entsprechend bei der Resonanzfrequenz. Außerhalb der Resonanzfrequenz ist die Impedanz
nicht so hoch, sondern der Widerstand 66 ist teilweise überbrückt, so daß die Verstärkung ansteigt. Auf diese Weise erhält
man die in Fig. 2 dargestellte übertragungskurve. Der Gütefaktor
Q wird durch die Widerstände 64 und 66 bestimmt und ist damit sehr stabil, während die Mittenfrequenz durch die Induktivität
68 und die Kapazität 70 gegeben ist, so daß ein periodischer Nachabgleich dieser Elemente erforderlich ist.
Man sieht in Fig. 2, daß das Glockenfilter so abgeglichen werden kann, daß es richtig abgestimmt bleibt, wenn man die Amplitudenverhältnisse
von Ό^/Ότ, = 10,5-9,8 dB = 0,7 dB oder
FQR/F0B = 2,5 - 0,3 = 2,2 dB konstant hält, vorausgesetzt, daß
die betreffenden Frequenzen sehr stabil sind. Diese Stabilität trifft aber für For>
und F„_ zu, welche typischerweise von kristall-
UK UiD
gesteuerten Quellen geliefert werden (welche hier nicht dargestellt
sind) , jedoch gilt dies ^icht für D0 und D_., welche von
JD K
den Einstellungen der Ober- und Untergrenzenpotentiometer 44a bzw. 44b der Begrenzerschaltung 44 (Fig. 1) abhängen.
In Fig. 3a ist eine geeignete Glockenfilterregelschaltung 48 dargestellt, welche gemäß der Erfindung aufgebaut ist und die
nichtabweichenden Farbträger F^1n und F benutzt, die in der
aktive Videozeilen darstellenden Fig. 3e gezeigt sind. Das in Fig. 3e dargestellte Ausgangssignal des Bandpaßfilters 54 wird
nach Dämpfung um 2,1 dB mittels eines Dämpfungsgliedes 74 einem
Detektor 72 für positive Spitzen und (ohne Dämpfung) einem Detektor 76 für negative Spitzen zugeführt. Die negative Spitzenmeßspannung
Un und die positive Spitzenmeßspannung Up werden von
den Detektoren 76 bzw. 72 einem Schalter 78 zugeführt, der durch ein in Fig. 3b dargestelltes Schaltsignal der Frequenz fH/2 gesteuert
wird. Von dort gelangen die Signale Up und Un zu einer
Farbsynchronsignaltorschaltung 80, der auch das in Fig. 3d dargestellte Abtastsignal zugeführt wird. Dieses Abtastsignal tritt
030042/0833
zwischen dem Ende des Horizontalsynchronsignals (Fig. 3c) und
dem Anfang der aktiven Videozeile (Fig. 3e) auf, also wenn der Farbträger nicht abweicht. Von der Torschaltung 80 gelangt das
abgetastete Signal, welches abwechselnd F,_n oder F0n enthält,
zu einem Integrator 82 und einem auf- oder entladenen Integrationskondensator 84 während des Intervalls, wo das Farbsynchronsignaltor
geschlossen ist. Die Ausgangsspannung IL. des Integrators
82 steuert die Charakteristik des Glockenfilters 52 mit Hilfe einer Kapazitätsdiode 86 über einen an den Integrator 82
angeschlossenen Widerstand 88. Wenn die Frequenz des Filters 52 richtig ist, werden dem Integrator 82 gleiche positive und negative
Impulse zugeführt, und die spannungssteuerbare Kapazitätsdiode
86 erhält daher keine Regelspannung außer möglicherweise einer Vorspannung. Ist die Frequenz dagegen nicht richtig, dann
sind entweder die positiven oder die negativen Impulse größer, je nach Richtung der Frequenzabweichung, und der Kapazitätsdiode
86 wird eine Regelspannung zugeführt, so daß das Filter 52 auf die richtige Frequenz nachzentriert wird.
Der Detektor 72 für positive Spitzen ist in Fig. 4a und der Detektor 76 für negative Spitzen in Fig. 4b genauer dargestellt.
Unterschiede zwischen den Kennlinien der Dioden 100 und 102 in Fig. 4a und der Dioden 104 und 106 in Fig. 4b können Unterschiede
zwischen den Detektorkennlinien zur Folge haben, die zu Schwierigkeiten führen können, weil bei gleicher Amplitude des
Eingangssignals Uq die Amplituden der Signale Up und U„ ungleich
sein können wegen der verschiedenen Spannungskennlinien für die jeweiligen Eingangssignale. Dieses Problem läßt sich lösen durch
die Verwendung gleicher Dioden für die Detektoren für positive und negative Spitzen, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, wo entsprechende
Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind. Mit Hilfe zusätzlicher Schalter 90 und 92 werden dieselben Dioden
94 und 96 für die (R-Y)-Zeile als positiver Spitzendetektor und für die (B-Y)-Zeile als negativer Spitzendetektor geschaltet.
Ein weiterer Schalter 98 schaltet das Dämpfungsglied 74 für die (R-Y)-Zeile ein und für die (B-Y)-Zeile aus. Fig. 6 zeigt den
030042/0836
Signalweg für die (R-Y)-Zeile, Fig. 7 für die (B-Y)-Zeile. Wieder sind entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Die Schalter 90, 92 und 98 können integrierte Schaltungen vom Typ RCA CD 4053 sein.
Es ist bereits gesagt worden, daß man auch die Amplituden der Ausgangssignale
des Glockenfilters 52 bei den Spitzenabweichungen D und DR (Fig. 2) feststellen kann. Der Vorteil dieses Verfahrens
besteht darin, daß die Spannungen Up und Un größere Amplituden
haben und damit die Eingangsoffsetspannung des Integrators
82 (der vom RCA-Typ CA 3140 sein kann) weniger Auswirkung auf die Genauigkeit der Regelspannung hat, als es bei Benutzung der Signale
F und Fß der Fall ist. Man kann dieselbe Schaltung wie in
Fig. 5 benutzen mit der Ausnahme, daß die Dämpfung unterschiedlich ist (weil das Verhältnis D^/D- = 10,5 - 9,8 dB = 0,7 dB ist)
und daß auch ein anderes Torsignal (was unten noch erläutert wird) benutzt wird.
Wie Fig. 8a erkennen läßt, werden die SECAM-Identifikationssigna-Ie
in neun, den Vertikalausgleichsimpulsen folgenden Zeilen übertragen und bestehen aus einem linearen Anwachsen der Farbträgerfrequenz
auf die höchste Frequenz der Maximalabweichung D
(4,756 MHz) für die (R-Y)-Zeile und einem linearen Absinken der Farbträgerfrequenz auf die minimale Frequenz bei maximaler Abweichung
Dn (3,9 MHz) für die (B-Y)-Zeile. Fig. 8b zeigt die
Jd
dem Schalter 98 zugeführte Halbzeilenfrequenz.
Fig. 10 zeigt das vollständige Schaltbild der Regelschaltung 58, des Glockenfilters 52 und des Bandpaßfilters 54 für die RCA-SECAM-Kamera
Modell TK-47, während Fig. 9 einige Signalformen darstellt, welche an den entsprechend bezeichneten Schaltungspunkten
auftreten. Das Schaltbild zeigt Details einer ausgeführten Schaltung entsprechend dem Blockschaltbild der Fig. 5. Mit Ausnahme
der Verwendung von D0 und D-, sind Aufbau und Betriebsweise die
ti D
gleichen, so daß dieselben Bezugsziffern verwendet sind. Die
Schalter 80, 90, 92 und 98 können integrierte RCA-Schaltungen
030042/0836
Typ CD 4053 sein. Das in Fig. 8d dargestellte Signal D (Torimpuls)
wird durch eine nicht dargestellte eigene Schaltung erzeugt und besteht aus acht (gerade Anzahl) Impulsen von etwa
halber Zeilenbreite, damit sichergestellt wird, daß nur die Spitzenabweichungs-Bottle-Impulse (SECAM-Zeilen-Identifikationssignale)
abgetastet werden. Die in Fig. 10 gezeigte Schaltung, welche die Spitzenabweichungen D7, und D_ zur Regelung des
κ a
Glockenfilters verwendet, arbeitet nur gut, wenn D73 und D7, sehr
genau (innerhalb etwa +_ 5 kHz) sind. Der in Fig. 1 gezeigte SECAM-Codierer verwendet zwei Potentiometer für die obere und
untere Grenze zum Einstellen von Dn und D7,, welche jedoch eine
Quelle von Drift- und Alterungsproblernen darstellen können. In
der US-Patentanmeldung Ser. No. 93,222 mit dem Titel "Automatic Deviation Limit Control Circuit For Use In SECAM Decoders" vom
13. November 1979 (Vertreteraktenzeichen RCA 73925) wird eine automatische D73-Dn-Begrenzungsregelschaltung beschrieben, welche
K ο
D7, und D7, innerhalb weniger Kilohertz konstant hält. Diese
κ. α
Schaltung kann ebenfalls in der RCA-Kamera Modell TK-47 verwendet
werden, so daß die Annahme sehr genauer Werte für D und Dß
gerechtfertigt ist.
030042/083Θ
Claims (11)
1) Verfahren zur Justierung des Frequenzganges eines
Glockenfilters, wie es in einem SECAM-Codierer verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude
eines Ausgangssignals des Glockenfilters abgetastet wird und daß der Frequenzgang durch Zuführung einer der abgetasteten
Amplitude entsprechenden Regelspannung zum Filter abgeglichen wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abtastung die positiven und negativen Spitzenwerte des
Ausgangssignals ermittelt und abwechselnd einer Torschaltung
(80) zugeführt werden und daß das von der Torschaltung gelieferte Signal integriert wird.
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<BLZ 7OO 200 40) KTO. 60 60 2S 73 78 SWIFT HYPO DE MM
3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abtastung die Amplituden zweier nicht abweichender
Hilfsträger des SECAM-Signals abgetastet werden.
4) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Abtastung die Amplituden während der Spitzenabweichung der Vertikalfarbidentifikationsimpulse des SECAM-Signals abgetastet
werden.
5) Schaltung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1,
gekennzeichnet durch ein Glockenfilter (52) mit einem ersten Eingang zur Zuführung eines SECAM-Signals und mit einem zweiten
(Steuer-) Eingang sowie mit einem Ausgang zur Lieferung eines gefilterten SECAM-Signals und durch eine Abtasteinrichtung (58,
72-84) zur Abtastung der Amplitude des gefilterten Signals und Erzeugung einer Steuerspannung für den Steuereingang des Glockenfilters
zur Einstellung von dessen Frequenzgang entsprechend der abgetasteten Amplitude.
6) Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung Spitzendetektoren (72,76) zur Ermittlung der
positiven und negativen Amplitudenspitzen des gefilterten Signals, eine an die Detektoren angekoppelte Einrichtung (Umschalter 78)
zur abwechselnden Lieferung der ermittelten Signalwerte, eine an den Ausgang dieser Einrichtung angeschlossene Torschaltung
(80) und einen an die Torschaltung und den Steuereingang angekoppelten
Integrator (82,84) enthält.
7) Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor getrennte Detektoren (72 bzw. 76) für negative
bzw. positive Spitzenwerte aufweist.
8) Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor einen einzigen Spitzendetektor (94,96) und eine
Schalteranordnung (90,92,98) zum Umschalten des Detektors auf positive und negative Spitzenwerte enthält.
030042/0833
9) Schaltung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastschaltung die Amplituden der beiden nicht abweichenden
Hilfsträger eines SECAM-Signals abtastet.
10) Schaltung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abtastschaltung die Amplituden bei den Spitzenabweichungen der Vertikalfarbidentifikationsimpulse eines SECAM-Signals
abtastet.
11) Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Glockenfilter (52) und die Abtasteinrichtung
ei.n Bandpaßfilter (54) gekoppelt ist.
0 3 η OL? /Π83 6
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