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Nichtlineare Verzerrerschaltung für Magnetaufzeichnungs-
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und Wiedergabevorrichtung Die Erfindung betrifft eine nichtlinearen
Verzerrerschaltung für eine magnetische Aufzeichnungs-und Wiedergabevorrichtung,
die Videosignale u. dgl.
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aufzeichnet und wiedergibt.
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Bei einer Haushalts-Magnet#aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung
wie einem Videobandgerät (VTR) wird eine nichtlineare Verzerrung (emphasis) verwendet,
die die Charakteristiken abhängig von dem Signalpegel in Ubereinstimmung mit normaler
Verzerrung ändert, um das Rauschverhältnis (S/N) zu verbessern. Nichtlineare Verzerrung
verbessert das Rauschverhältnis der hochfrequenten Komponenten des Leuchtdiditesignals
in dem Videosignal und wird mittels
kombinatorischer Verwendung
einer nichtlinearen Vorverzerrerschaltung (pre-emphasis) und einer nichtlinearen
Entzerrerschaltung (de-emphasis) durchgeführt. Beim Aufzeichnen eines Videosignals
auf dem Magnetband trennt die nichtlineare Vorverzerrerschaltung die hochfrequenten
Komponenten des Leuchtdichtesignals ab und komprimiert die Amplitude der hochfrequenten
Komponenten. Die komprimierten hochfrequenten Komponenten werden dann zum Leuchtdichtesignal
addiert und das sich ergebende Signal wird auf dem Magnetband aufgezeichnet. Beim
Komprimieren der Amplitude der Hochfrequenzkomponenten des Leuchtdichtesignals erreicht
ein Anteil hoher Amplitude der hochfrequenten Komponenten eine Komprimierung mit
hohem Ausmaß, während ein Anteil geringer Amplitude der hochfrequenten Komponenten
nahezu keine Komprimierung auslöst, wodurch ein höherer Aufzeichnungspegel für höher#frequente
Komponenten mit kleinen Amplituden erreicht wird.
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Beim Wiedergeben eines auf dem Magnetband aufgezeichneten Videosignals
trennt die nichtlineare Entzerrerschaltung die hochfrequenten Komponenten des Leuchtdichtesignals
ab und komprimiert die Amplitude der hochfrequenten Komponenten. Das komprimierte
Signal wird dann zur Subtraktion vom Leuchtdichtesignal beim Wiedergeben des Videosignals
verarbeitet.
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Beim Komprimieren der Amplitude der hochfrequenten Komponenten des
Leuchtdichtesignals erreicht ein
Anteil hoher Amplitude der hochfrequ#enten
Komponenten eine Komprimierung in hohem Ausmaß, während ein Anteil kleiner Amplitude
der hochfrequenten Komponenten nahezu keine Komprimierung verursacht, wodurch eine
nichtlineare Entzerrung für das Signal erreicht wird, das mit nichtlinearer Vorverzerrung
beim Aufzeichnen verarbeitet worden ist. Deshalb wird Rauschen, das in den hochfrequenten
Komponenten des Leuchtdichtesignals enthalten ist, verringert und kann ein qualitativ
hochstehendes Bild wiedergegeben werden.
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Die nichtlineare Verzerrerschaltung kann unter Verwenden eines Hochpaßfilters
zum Abtrennen der hochfrequenten Komponenten des Leuchtdichtesignals, eines Komprimierers,eines
Dämpfers,eines Addierers, zum Addieren des komprimierten Signals zum Leuchteichtesignal
und eines Subtrahiererszum Subtrahieren des komprimierten Signals vom Leuchtdichtesignal
erreicht werden, wobei diese einfachen Schaltungen zur Herstellung als integrierte
Schaltung geeignet sind. Es ist jedoch schwierig, eine nichtlineare Vorverzerrerschaltung
und eine nichtlineare Entzerrerschaltung herzustellen, die exakt komplementäre Charakteristiken
besitzten, was das Problem einer Signalverlaußrerzerrung beim wiedergegebenen Signal
verursacht.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der vorerwähnten
Nachteile eine nichtlineare Verzerrerschaltung anzugeben, die eine vollständige
Wiedergabe
des ursprünglichen Signals ohne Signalverlaufverzerrung
erreicht.
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Die Erfindung zeichnet sich durch das Vorsehen einer Rückkopplungsanordnung
für eine von nichtlinearer Vorverzerrer- und nichtlinearer Entzerrerschaltung aus
derart, daß das ursprüngliche Signal ohne Signalverlau#erzerrung wiedergegeben wird.
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Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
gelöst.
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Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen nichtlinearen
Vorverzerrerschaltung; Fig. 2 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen nichtlinearen
Entzerrerschaltung; Fig. 3 eine graphische Darstellung der Charakteristiken der
nichtlinearen Vorverzerrerschaltung; Fig. 4 eine Darstellung der Signalverläufe
an verschiedenen Teilen der herkömmlichen Schaltung; Fig. 5 ein Blockschaltbild
der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung gemäß der Erfindung;
Fig.
6 ein Blockschaltbild der nichtlinearen Entzerrerschaltung gemäß der Erfindung.
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Die herkömmliche nichtlineare Verzerrerschaltung wird zunächst vor
der Erläuterung der nichtlinearen Verzerrerschaltung gemäß der Erfindung erläutert.
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Die herkömmliche nichtlineare Vorverzerrerschaltung gemäß Fig. 1
besteht aus einem Eingangsanschluß 1, einem Hochpaßfilter 2, einem Komprimierer
3, einem Dämpfer 4, einem Addierer 5 und einem Ausgangsanschluß 6. Der Eingangsanschluß
1 empfängt das Leuchtdichtesignal, das von dem aufzuzeichnenden Videosignal abgeleitet
ist, wobei die Farbartkomponente entfernt ist. Das Eingangssignal wird dem Hochpaßfilter
2 zugeführt derart, daß die hochfrequenten Komponenten extrahiert werden und Abschnitte
mit großer Amplitude durch den Komprimierer 3 komprimiert werden. Das Ausgangssignal
des #Komprimierers 3 wird auf einen geeigneten Pegel mittels des Dämpfers 4 gedämpft
und dann dem Eingangssignal#hinzugefügt, das am Eingangsanschluß 1 empfangen ist,
wobei das sich ergebende Signal über den Ausgangsanschluß 6 abgegeben wird.
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Fig. 3 ist eine Darstellung der Charakteristiken der nichtlinearen
Vorverzerrerschaltung gemäß Fig. 1, wobei das Ansprechverhalten gegenüber der Frequenz
aufgezeichnet
ist, mit dem Eingangspegel als Parameter. Aufgrund der Wirkung des Komprimierers
3 gemäß Fig. 1 erreicht ein hoher Eingangspegel (0 dB) geringe Verzerrung, während
ein niedriger Eingangspegel eine verbesserte Antwort bei höheren Frequenzen erreicht,
wobei eine Verzerrung höheren Ausmaßes gegeben ist.
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Durch Anheben des Aufzeichnungspegels für höherfrequente Komponenten
eines kleinen Signals und Unterdrücken der höherfrequenten Komponenten bei der Wiedergabe
kann das Rauschverhältnis verbessert werden, wie sich das aus der obigen Erläuterung
ergibt. Da nichtlineare Verzerrung nicht das Rauschverhältnis für ein Signal mit
großer Amplitude verbessert, wird sie in Zusammenhang mit normaler Verzerrung verwendet.
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Die Wiedergabe des Videosignals erfordert eine nichtlineare Entzerrerschaltung,
die das nichtlineare vorverzerrte Signal zum ursprünglichen Signal wiederherstellt.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen nichtlinearen Entzerrerschaltung,
die aus einem.Eingangsanschluß 7, einem Hochpaßfilter 8, mierer einem Kompri- 9,
einem Dämpfer 10, einem Subtrahierer 11 und einem Ausgangsanschluß 12 besteht.
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Der Eingangsanschluß 7 empfängt ein wiedergegebenes Videosignal, das
beim Aufzeichnungsvorgang nichtlinear vorverzerrt worden ist. Das Eingangssignal
wird
dem Hochpaßfilter 8 zugeführt, derart, daß die höher frequenten
Komponenten extrahiert werden,-wobei dann Abschnitte mit größerer Amplitude durch
den Komprimierer 9 komprimiert werden. Das Ausgangssignal des Komprimierers 9 wird
auf einen geeigneten Pegel durch den Dämpfer 10 gedämpft und wird dann zwecks Subtraktion
vom Eingangssignal verarbeitet, wobei das sich ergebende Signal über den Ausgangsanschluß
12 abgegeben wird.
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Aufgrund der Wirkung des Kompr#imierers 9 erreicht ein großes Eingangssignal
im wesentlichen keine Subtraktion vom ursprünglichen Signal, während ein kleines
Eingangssignal eine sehr große Subtraktion für höher#frequente Komponenten des Eingangssignals
erreicht, so daß das nichtlinear vorverzerrte Signal auf nichtlineare Weise entzerrt
wird.
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Es ist für herkömmliche dynamische Entzerrerschaltungen gemäß der
Anordnung nach Fig. 2 im Grundsatz nicht möglich, das ursprüngliche Signal vollständig
wieder#herzustell?n, nachde#m es durch die dynamische Vorverzerrerschaltung gemäß
Fig 1 verändert worden ist, wodurch sich ein Problem bezüglich der Signalverlauiverzerrung
im wiedergegebenen Signal ergibt.
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Im folgenden wird die Ursache der oben erwähnten Signalverlauverzerrung
erläutert. Die Übertragungscharakteristik G1(W) der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung
gemäß
Fig. 1 ergibt sich aus folgenderGleichung, wobei H1 (w) die gesamte Übertragungscharakteristik
von Abschnitten wiedergibt, die von der Strichlinie umgeben sind, einschließlich
des Hochpaßfilters 2,des Komprimierers 3 und des Dämpfers 4, wobei H1 (#) eine Funktion
des Eingangssignalpegels ist: G1(W) = 1 + H1 (#), (1) wobei # = 2 # f und f = Frequenz.
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Die Übertragungscharakteristik G2 (W) der nichtlinearen Entzerrerschaltung
gemäß Fig. 2 ergibt sich durch die folgende Gleichung, in der H2 (g) die gesamte
Übertragungscharakteristik der Abschnitte wiedergibt, die von der Strichlinie umgeben
sindteinschließlich des Hochpaßfilters 8,des Komprimierers 9 und des Dämpfers 10,
wobei H2 ( ) eine Funktion des Eingangssignalpegels ist: G2 (@) = 1 - H2 (6V). (2)
Die gesamte Übertragungscharakteristik der nichtlinearen Vorverzerrung und der nichtlinearen
Entzerrung, A1<c»)' ergibt sich als Produkt von G1 (#) und G2 (W). Eine gesamte
ttbertragungs charakter is tik von Eins, d. h. A1 (@ ) = 1, bedeutet, daß das Ausgangssignal
der
nichtlinearen Entzerrerschalting identisch dem Eingangssignal der nichtlinearen
Vorverzerrerschaltung ist, d. h., daß dann das ursprüngliche Signal vollständig
wieder hergestellt wird: A1(W) = G1(«>).G2(#) - (1+Hl(W)).(1-H2(W)). (3) Die
gesamte Charakteristik gemäß Gleichung (3) wird zu Eins, wenn H1 (w) und H2 (a))
die Beziehung gemäß der folgenden Gleichung (4) besitzen:
Jedoch ist bei der Anordnung der nichtlinearen Entzerrerschaltung gemäß Fig. 2 gegenüber
der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung gemäß Fig. 1 un#möglich, die Gleichung (4)
bezüglich des gesamten Eingangszu signalpegels lediglich dadurch/erfüllen,daß die
Charakteristiken des Hochpaßfilters 8,des Komprimierers 9 und des Dämpfers 10 gegenüber
denjenigen des Aufzeichnungssystems geändert werden. Deshalb genügt die Verwendung
einer derartigen nichtlinearen Vorverzerrerschaltung nicht, um das ursprüngliche
Signal wieder#herzustellen und ergibt sich eine Signalverlaufverzerrung.
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Fig. 4 zeigt beispielhaft den Signalverlauf, wobei (a) und(b) den
Eingangs- und den Ausgangssignalverlauf der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung
wiedergeben, wobei der Ausgangssignalverlauf dem Eingangssignalverlauf der nichtlinearen
Entzerrerschaltung entspricht; und (c) und (d) zeigen zwei Fälle des Ausgangssignalverlaufs
der nichtlinearen Entzerrerschaltung. Der Fall (c) enthält eine Dämpfung(ringing)
an der Flanke des Signals, während der Fall (d) ein überschwingen (overshoot) enthält.
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Die nichtlineare Vorverzerrerschaltung und die nichtlineare Entzerrerschaltung
für Magnetaufzeichnungs-und -wi#ergabevorrichtungen gemäß der Erfindung wird nun
mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung näher erläutert. Fig. 5 zeigt
die nichtlineare Entzerrerschaltung gemäß der Erfindung, die eine befriedigende
Charakteristik erreicht, bei Verwendung in Kombination mit der herkömmlichen nichtlinearen
Vorverzerrerschaltung gemäß Fig. 1.
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Die nichtlineare Entzerrerschaltung gemäß Fig. 5 besteht aus einem
Eingangsanschluß 13, einem Subtrahierer 14, einem Ausgangsanschluß 15, einem Hochpaßfilter
16, einem Komprimierer 17 und einem Dämpfer 18. Ein Wiedergabe-Videosignal, das
über den Eingangsanschluß 13 zugeführt ist, wird dem Subtrahierer 14 zugeführt,
wobei das Ausgangssignal des Subtrahierers 14 über den Ausgangsanschluß 15
abgegeben
wird sowie auch dem Hochpaßfilter 16 zugeführt wird. Das Hochpaßfilter 16 extrahiert
die hochfrequenten Komponenten des Videosignals, wobei nachdem deren Abschnitte
hoher Amplitude mittels des Komprimierers 17 komprimiert worden sind, sie auf einen
geeigneten Pegel durch den Dämpfer 18 komprimiert werden. Das Ausgangssignal des
Dämpfers 18 wird dem Subtrahierer 14 zugeführt derart, daß es bezüglich Subtraktion
vom Eingangssignal verarbeitet wird, das über den Eingangsanschluß 13 zugeführt
ist. Das Ausgangssignal des Subtrahierers 15 wird dann zu dem Eingang rückgeführt,
wodurch eine rückkopplende nichtlineare Entzerrung erreicht ist.
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Aufgrund der Wirkung des Komprimierers 17 erreicht ein großer Eingangssigndpegel
im wesentlichen keine Subtraktion, während ein kleiner Eingangssignalpegel eine
sehr starke Subtraktion für hochfrequente Komponenten erreicht, was die Charakteristik
einer nichtlinearen Entzerrung zeigt.
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Die Übertragungscharakteristik G3(« ) der erfindungsgemäßen nichtlinearen
Entzerrerschaltung gemäß Fig. 5 ergibt sich aus der folgenden Gleichung, wobei H3(W)
die gesamte Ubertragungscharakteristik der Abschnitte wiedergibt, die durch die
Strichlinien umgeben sind einschließlich des Hochpaßfilters 16,des Komprimierers
17 und des Dämpfers 18:
Die gesamte Übertragungscharakteristik der Entzerrerschaltung
in Kombination mit der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung gemäß Fig. 1 wird nun
untersucht. Die Übertragungscharakteristik der Schaltung gemäß Fig. 1 ergibt sich
aus Gleichung (1) und die gesamte Übertragungs#harakteristik A2A2(#) ergibt sich
damit gemäß folgender Gleichung: A2(W) = Gl(a,) . G2(W) 1 1+ H1(Ç) (6) 1 + H3(#)
Wenn die gesamte übertragungscharakteristik auf Eins ist, d. h.(A2(#)=1), wird das
ursprtLngliche Signal vollständig wieder#ergestellt, wobei diese Bedingung dann
erfüllt ist, wenn H1(#)=H3(#) ist.
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Dies bedeutet, daß die gesamte übertragungscharakteristik des Hochpaßfilters,des
Komprimierers und des die Dämpfers identisch für/nichtlineare Xorverzerrer- und
die Kann für/Entzerrerschaltung gemacht werden/. Der einfachste Weg, um diese Bedingung
zu erfüllen ist,die einzelnen Schaltungen so auszubilden, daß sie die gleichen Parameter
besitzen. Daher kann unter Verwendung der nichtlinearen Entzerrerschaltung gemäß
Fig. 5 bezüglich der nichtlinealen Vorverzerrerschaltung gemäß Fig. 1 das ursprüngliche
Signal in relativ einfacher Weise wiederjiergestellt werden, wobei das Problem
einer
Signalverlaufverzerrung überwunden werden kann.
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Fig. 6 zeigt die nichtlineare Vorverzerrerschaltung gemäß der Erfindung,
die eine befriedigende Charakteristik erreicht, wenn sie in Kombination mit der
herkömmlichen nichtlinearen Entzerrerschaltung gemäß Fig.2 verwendet ist. Die nichtlineare
Vorverzerrerschaltung gemäß Fig. 6 besteht aus einem Eingangsanschluß 19, einem
Addierer 20, einem Ausgangsanschluß 21, einem Hochpaßfilter 22, einem Komprimierer
23 und einem Dämpfer 24. Das Aufzeichnungs-Videosignal, das über den Eingangsanschluß
19 zugeführt ist, wird dem Addierer 20 zugeführt, wobei das Ausgangssignal des Addierers
20 über den Ausgangsanschluß 21 abgegeben und auch dem Hochpaßfilter 22 zugeführt
wird. Das Hochpaßfilter 22 extrahiert die hochfrequenten Komponenten des Videosignals
und, nachdem deren Abschnitte großen Amplitude mittels des Komprimierers 23 komprimiert
worden sind, werden sie auf einen geeigneten Pegel durch den Dämpfer 24 gedämpft.
Das Ausgangssignal des Dämpfers 24 wird dem Addierer 20 zugeführt, so daß es zum
Eingangssignal addiert wird, das über den Eingangsanschluß 19 zugeführt ist. Das
Ausgangssignal des Addierers 20 wird zu dessen Eingang rückgeführt, wodurch eine
rückkoppelnde nichtlineare Vorverzerrung erreicht ist.
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Aufgrund der Wirkung des Komprimierers 23 erreicht ein hoher Eingangssignalpegel
im wesentlichen keine
Addition, während ein kleiner Eingangssignalpegel
eine sehr starke Addition erreicht, was die Charakteristik einer nichtlinearen Vorverzerrung
zeigt.
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Die Übertragungscharakteristik G4(W) der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung
gemäß der Erfindung gemäß Fig. 6 ergibt sich aus der folgenden Gleichung, wobei
H4(#) die gesamte Ubertragungscharakteristik der Abschnitte wiedergibt,die durch
die Strichlinien umgeben sind, einschließlich des Hochpaßfilters 22, des Komprimierers
23 und des Dämpfers 24:
Die gesamte Übertragungscharakteristik der Vorverzerrerschaltung in Kombination
mit der nichtlinearen Entzerrerschaltung gemäß Fig. 2 wird im folgenden betrachtet.
Da die übertragungscharakteristik der Schaltung gemäß Fig. 2 gemäß der Gleichung
(2) gegeben ist, ergibt sich die gesamte übertragungscharakteristik A3(oi) durch
folgende Gleichung: A3(Z) = G2(W).G4(W) 1 1 - H2(W) 1 - H4(W)' (8)
Wenn
die gesamte Ubertragungscharakteristik Eins ist, d. h. A3(W) = 1, wird das ursprüngliche
Signal vollständig wieder#hergestellt, wobei kiese Bedingung dann erfüllt ist, wenn
H2(CU) = H4(Ccl).
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Dies kann dadurch erreicht werden, daß identische Hochpaßfilter, Komprimierer
und Dämpfer für die nichtlineare Entzerrerschaltung gemäß Fig. 2 und die nichtlineare
Vorverzerrerschaltung gemäß Fig. 6 vorgesehen werden, wie das der Fall bei dem vorhergehenden
Ausführungsbeispiel war.
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Folglich kann durch Verwenden der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung
gemäß Fig. 6 in Zusammenhang mit der nichtlinearen Entzerrerschaltung gemäß Fig.
2 das ursprüngliche Signal auf relativ einfache Weise wieder#hergestellt werden
und wird das Problem der Signalverlaufverzerrung überwunden.
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Wie erläutert, wird durch die Verwendung der nichtlinearen Vorverzerrer-
und der nichtlinearen Entzerrerschaltung gemäß der Erfindung der~Schaltungsaufbau
vereinfacht, wobei gleichzeitig das ursprüngliche Signal vollständig wiede#hergestellt
werden kann bei erheblicher Verringerung der Signalverlaufverzerrung.
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Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsformen möglich.