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VERFAHREN ZUR VERZERRUNGsFRElEN üERTRAGUNG VON SECAM-SIGNALEN
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Für die digitale Codierung von Farbfernsehsignalen verwendet man in
zunehmendem Maße die sogenannte Komponenten Codierung. Dies bedeutet, daß das FBAS-Signal
in die Komponenten Leuchtdichtesignal Y und in zwei Farbdifferenzkomponenten U und
V zerlegt wird, wobei üblicherweise U = R - Y und V = B - Y ist. R ist das Signal
für die rote Grundfarbe und B für die blaue Grundfarbe. Unter U und V kann man jedoch
auch beliebige sinnvolle andere Zusammensetzungen aus den Grundfarbensignalen R,
G und B verstehen, wie z.B. die NTSC-Signale I und Q.
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Das Signal Y gewinnt man üblicherweise aus dem FBAS-Signal durch Unterdrückung
des Farbträgers im FBAS-Signal. Die Signale U und V erhält man durch Demodulation
des modulierten Farbträgers.
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Dieses Vorgehen hat besonders für das SECAM-FBAS-Signal schwerwiegende
und für die z tIdqtzaiität herabsetzende Folgen. Wenn aus den drei Komponenten Y;
U und V nach aef Übertragung, z.B. nach einer digitalen Verarbeitung, wieder ein
SECAM-Signal erzeugt werden soll, so muß das Y-Signal etwa auf eine Bandbreite von
3 MHz oder tiefer begrenzt werden, damit eventuell verbleibende Farbträgerreste
nicht mit dem nni zu bildendcn frequenzmodulierten Farbträger eine Interferenz bilden.
Darüber hinaus muß ein Laufzeitglied für eine Zeilendauer verwendet werden, wenn
die Signale U und V simultan zur Verfügung stehen sollen. Dies bewirkt ein Verschmieren
der Farbe in vertikaler Richtung. Die Leuchtdichtekomponenten, die im Frequenzbereich
des demodulierten Fa;bträgers liegen, werden bei der normalen SECAM-?emodulation
in der Frequenz umgesetzt und erzeugen im Farbbild das sogenannte "Cross Colour".
Diese Komponenten sind für die weitere Verwendung verloren. Da in zunehmendem Maße
Geräte mit SECAM-Signal am Ein- und Ausgang und digitaler Verarbeitung verwendet
worden, ist zu erwarten, daß mehrere Geräte dieser Art in Reihe geschaltet werden,
was eine Addition der oben genannten Schwierigkeiten und Fehler ergibt. Die im folgenden
beschriebene Erfindung vermeidet diese Fehler und liefert nach der obere tragung
bzw. nach der digitalen Verarbeitung ein SECAM-Signal, das alle Komponenten unverzcrrt
enthält. Die Erfindung wird mit 2 Bildern erläutert.
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Bild 1: Ausführungsbeispiel der Zerlegung des SECAM-Signales in die
Komponenten Y, R, S Bild 2: Ausführungsbeispiel der Wiederherstellung des SECAM-Signales
aus den Komponenten Y, R, S.
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Wie bereits erwähnt, entstehen bei der normalen Ableitung der Komponenten
Y, U, V und der Wiederherstellung des kompletten SECAM-FBAS-Signales schwerwiegende
Signalbeeinträchtigungen, die nicht wieder gut gemacht werden können. Wenn man sich
2.5.
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eine digitale Magnetaufzeichnung für die Komponenten Y, U, V vorgibt,
wie sie als internationaler Standard angestrebt wird, so kann man sich die Aufgabe
stellen. aus einem SECAM-Signal drei Komponenten abzuleiten, die für den speziellen
Zweck geeignet sind, wie z.B. bei der digitalen Magnetaufzeichnung, und mit deren
Hilfe nach ihrer Verwendung wieder ein vollständiges SECAM-FBAS-Signai hergestellt
werden kann.
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ErfindungsgemäB werden diese Komponenten in folgender Weise abgeleitet
und weiterverwendet.
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Das SECAM-Signal wird aufgespalten in ein Signal Y mit dem unteren
Frequenzbereich von der Frequenz Null oder nahe Null bis zur Frequenz ft und in
ein Signal C mit dem oberen Frequenzbereich von ft bis fgs wobei fg die höchste
Frequenz im SECAM-Signal ist, die nach französischer Norm 6 MHz beträgt. Um ein
Beispiel zu geben werden die Frequenzzahlen des französischen Standards verwendet,
die jedoch in weiten Grenzen für andere Standards und Anwendungen abgewandelt werden
können.
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Das Signal C enthält den größten Teil des modulierten Farbträgers
und die entsprechenden Anteile des Leudltdichtesignales. Der Frequenzbereich des
Signales C liege beispielsweise zwischen 3 MHz und 6 MHz. Dieser Frequenzbereich
wird nun an der beispielsweisen Frequenz von 4,5 MHz gefaltet, wodurch eine Umformumg
des Signal es in den Frequenzbereich von etwa Null bis 1,5 MHz eintritt. Das dabei
entstehende Signal sei R genannt. Es ist ein mit dem Farbdifferenzsignal R - Y,
oder B - Y frequenzmoduliertes Signal. Allerdings kann von diesem Signal allein
das Farbdifferenzsignal R - Y oder B - Y nicht mehr unverzerrt gewonnen werden,
wie das folgende Beispiel zeigt.
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An.JIwnoln il^n dss Signal R - Y rrzouqt bei der Frequenzmodulation
eine Teilschwingung von 5 MHz und eine Teilschwingung von 4 MHz. Bei der Faltung
und Umformung an 4,c MHz entstehen zwei Schwingungen mit 0,5 MHz, die man in normaler
Weise nicht mehr so trennen kann, daß die ursprünglichen Teilschwingungen des modulierten
Farbträgers unverzerrt hergestellt werden können, denn bei der Hochsetzung in dem
ursprünglichen Frequenzbereich entsteht aus jeder der beiden 0,5 MHz-Schwingungen
eine 4 MHz-Schwingung und eine 5 MHz-Schwingung. Diese störenden Auswirkungen kann
man vermeiden, wem man den Umformungsprozess in zwei getrennten Umformern durchführt
und dabei zwischen korrespondierenden Schwingungen eine Phasenverschiebung von 900
einführt. Diese Betrachtung gilt in gleicher Weise für die Teilschwingungen des
modulierten Farbträgers als auch für die hochfrequenten Teilschwingungen des L euchtdi
chtesignales.
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@ A@ @@@@@gsbeispiel der Eingangsseite (Senderseite) zeigt Bild 1.
Das SECAM-Signal wi@ @@@gespalten in das Signal Y mit dem Tiefpaß 1 mit der Grenzfrequenz-
ft und in das Signal C mit dem Hochpaß 2 mit der unteren Grenzfrequenz ft. Den Hochpaß
wird man üblicherweise aus dem Tiefpaßsignal ableiten, indem man das Tiefpaßsignal
vom kcmpletten SECAM-Signal subtrahiert. Das Signal nach dem Tiefpaß 1 wird weiterhin
@ls Leuchtdichtesignal Y bezeichnet. Das Signal C wird den Umformern 3 und 4 zugeführt.
Der Umformer 3 erhält die kontinuierliche Schwingung sin f) t und der Umformer 4
die kontinuierliche Schwingung cos Qt. Durch eine nichtlineare Verknüpfung des Signales
C mit den kontinuierlichen Schwingungen entstehen obere Seitenbänder, die unterdrückt
werden und untere Seitenbänder. Diese unteren Seitenbänder sind an der Frequenz
Q gefaltet und es entstehen die Signale R und 5. Deren Bandbreite beträgt 1,5 MHz
wem das Signal C zwischen 3 MHz und 6 MHz liegt und # die Frequenz 2 71 4,5 MHz
darstellt. Der wichtige Unterschied zwischen den Signalen R und S liegt darin, daß
korrespondierende Teilschwingungen eine Phasenverschiebung von 90° haben.
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Die Signale Y, R und S kann man nun mit vorgegebenen Frequenzen abtasten
und die Abtastwerte z.B. mit Hilfe der PCM oder DPCM ubertra~en. Es sind jedoch
auch Anxvendungen denkbar, in denen man die Abtastwere direkt als Puls-Amplituden-Modulation
(PAM) verwenden kann.
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Ein Anwendungsbeispiel für die Wiederherstellung des kompletten SECAM-Signuìes
zeigt Bild 2 für die- Ausgangaseite (Empfangsseite). Das Signal R wird zusammen
mit der kontinuierlichen Schwingung sin IZ t dem Umformer 5 zugeführt und das Signal
S zusammen mit der kontinuierlichen Schwingung cosil t dem Umformer 6. in jedem
der Umformer erfolgt eine nichtlineare Verknüpfung seiner beiden Eingangssignale.
Dabei entstehen untere und obere Seitenbänder. Die Ausgangssignale der beiden Umformer
werden in der Stufe 7 addiert. Durch die Verwendung der Schwingungen sinkt t und
cosQt auf der Eingangsseite und auf der Ausgangsseite wird erreicht, daß sich in
der Addierstufe 7 alle störenden Teilschwingungen gegenseitig auslöschen. Bei Beachtung
der richtigen Verstärkungen ist das Signal am Ausgang der Stufe 7 absolut gleich
zum Signal C am Ausgang des Hochpasses 2. Nach Addition in der Stufe 8 zum Signal
Y ist am Ausgang der Stufe das SECAM-Signal unverzerrt vorhanden. Dazu ist anzumerken,
daß die Ausführungsbeispiele der Bilder 1 und 2 praktisch erprobt wurden und daß
keinerlei bandbegrenzende Mittel notwendig werden, die die eigentlichen Nutzinformationen
beeinflussen.
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In den Bildern 1 und 2 sind jeweils Schwingungen mit der gleichen
Frequenz angenommen. Dbwohl die Frequenz in weiten Grenzen frei gewählt werden kann,
so muß sie doch auf Sende- und Empfangsseite gleich sein. Diese Gleichheit ließe
sich z.B. in bekannter Weise damit erreichen, daß man die FrequenzQ in einer vorzugebenden
Weise aus dem Fernseh-Synchronsignal ableitet. Damit ist zu erreichen, daß der SE0M-Farbträger
und die hochfrequenten Leuchtdichtekomponenten in sich richtig rekonstruiert v.ert
ro zeitliche Lage relativ zum übertragenen Signal Y wird jedoch, selbst bei zeitgleichen
Übertragung der Signale Y, R und S von der Phasenlaqe der Schwingungen sinkt und
cosnt auf der Empfangsseite abhängen. Diese Unsicherheit wird dadurch umgangen,
daß man sendeseitig eine Information erzeugt, die die zeitliche Relaticn zwischen
den Schwingungen sinkt und cosnt und dem Signal Y kennzeichnet.
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Diese Information wird zusammen mit dem Signal Y übertragen und empfangsseitig
zur Steuerung der beiden Umformer verwendet. So besteht z.B. folgende Möglichkeit:
Auf der Sendeseite wird die Schwingung sin # t um einen zu wählenden Faktor in der
Frequenz geteilt. Aus dieser so entstandenen Schwingung werden einige Perioden abgespalten
und zum Leuchtdichtesignal in der H-Austastung und/oder in der V-Austastung addiert.
Versuche mit einer realisierten Anlage haben gezeigt, daß diese
Zusatzinformationen
nicht mit großer Präzision übertragen werden muß. Als willkommcncr Nebeneffekt kann
man gegebenenfalls mit dieser Zusatzinformation auch auf der Empfangsseite eine
Schwingung mit der Frequenz # erzeugen.
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Es ist anzumerken, daß die Faltung an der Frequenz # nicht unbedingt
in der Mitte des Frequenzbereiches des Signales C erfolgen muß. So kann man die
Frequenz z.B.
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auch an die obere Grenze fg des Signales C legen. Denn bekommen die
Signale R und S die doppelte Bandbreite wie im angegebenen Beispiel, nämlich 3 MHz,
und. die notwendige Nyquist-Abtastfrequenz bei digitaler Verarbeitung muß doppelt
so groß gewählt werden. Da sowohl das Signal R und auch 5 in diesem Falle die gesamte
mation vnverzerrt enthält, kann man auf die Verwendung von einem Signal theoretisch
verzichten. Dies bedingt jedoch, daß man nach dem entsprechenden Umformer im Ausgangsteil
einen sehr scharf absohneidenden Tiefpaß verwenden muß. Dies ist insbesondere dann
nicht akzeptabel, wenn der gesamte Prozess mehrmals in Reihe geschaltet wird, womit
mit Sicherheit zu rechnen ist. Will man dieses vermeiden, so muß man mit dem Preis
einer hohen Bitrate auch das zweite Signal übertragen und im Ausgangsteil beide
Umformer verwenden.