DE3206047C2

DE3206047C2 - Anordnung zum Aufbereiten von Videosignalen

Info

Publication number: DE3206047C2
Application number: DE19823206047
Authority: DE
Inventors: Koichi Hirose; Isao Katsuta Nakagawa; Yoshinori Okada; Akira Shibata
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-02-20
Filing date: 1982-02-19
Publication date: 1986-07-31
Also published as: DE3206047A1; JPS57138009A

Abstract

In einer nichtlinearen Verzerrungsschaltung, die das Leuchtdichtesignal in einem Videosignal zur Aufzeichnung auf einem Magnetband nichtlinear vorverzerrt und das Leuchtdichtesignal in dem von dem Magnetband wiedergegebenen Videosignal nichtlinear entzerrt, ist eine von nichtlinearer Vorverzerrerschaltung und nichtlinearer Entzerrerschaltung in einer Rückkopplungsanordnung ausgebildet derart, daß die gesamte Übertragungscharakteristik zur Verhinderung der Signalverlaufverzerrung verbessert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aufbereiten von Videosignalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei einer Magnetaufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung, z. B. einem Videobandgerät (VTR) wird eine nichtlineare Verzerrung (emphasis) verwendet, die die Charakteristiken abhängig von dem Signalpegel in Verbindung mit normaler Verzerrung ändert, um das Rauschverhältnis (S/N) zu verbessern. Nichtlineare Verzerrung verbessert das Rauschverhältnis der hochfrequenten Komponenten des Leuchtdichtesignais in dem Videosignal und wird mittels kombinatorischer Verwendung einer nichtlinearen Vorverzerrerschaltung (preemphasis) und einer nichtlinearen Nachentzerrerschaltung (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 Leuchtdichtedgnals bewirkt ein Anteil mit großer Amplitude der hochfrequenten Komponenten eine große Komprimierung, während ein Anteil mit geringer Amplitude der hochfrequenten Komponenten nahezu keine Komprimierung auslöst, wodurch ein höherer Aufzeichnungspegel für höherfrequente Komponenten mit kleinen Amplituden erzielt wird.

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 vom Leuchtdichtesignal beim Wiedergeben des Videosignals subtrahiert Beim Komprimieren der Amplitude der hochfrequenten Komponenten des Leuchtdichtesignals bewirkt ein Anteil hoher Amplitude der hochfrequenten Komponenten eine große Komprimierung, während ein Anteil kleiner Amplitude der hochfrequenten Komponenten nahezu keine Komprimierung verursacht, wodurch eine nichtlineare Nachentzerrung für das Signal erfolgt, das mit nichtlinearer Vorverzerrung beim Aufzeichnen verarbeitet worden ist Deshalb wird Rauschen, das in den hochfrequenten Komponenten des Leuchtdichtesignals enthalten ist, verringert und es kann ein qualitativ gutes Bild wiedergegeben werden.

Es ist allgemein bekannt durch eine senderseitige bevorzugte Anhebung der höherfrequenten Anteile eines Videosignals und nachfolgender Kompensation dieser Anhebung auf der Empfangsseite, bzw. am Ende einer Übertragungsstrecke, eine Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses bei der Übertragung von Videosignalen zu erzielen. Darüber hinaus ist es auch bekannt, Störungsanteile kleiner Amplitude im höherfrequenten Anteil eines Videosignals zu eliminieren (US-PS 33 33 055). Die Anhebung der höherfrequenten Anteile des Videosignals ist jedoch nur in einem gewissen Maße möglich, da sonst eine Übersteuerung der Übertragungsstrecke eintritt. Mit den bekannten Einrichtungen dieser Art ist somit die Verringerung des Rauschens, bedingt durch die Eigenschaften der Übertragungsstrecke, an enge Grenzen gebunden.
Es ist auch bekannt, das Videosignal bei der Aufzeichnung durch ein Videogerät frequenzabhängig nichtlinear vorzuverzerren und diese nichtlineare Vorverzerrung durch eine frequenzabhängige nichtlineare Nachentzerrung zu kompensieren, wobei eine Nachentzerrungsschaltung verwendet wird, bei der am Signalausgang eine einem höherfrequenten Anteil des Videosignals entsprechende Spannung rückgekoppelt und vom Videosignal am Eingang der Nachentzerrerschaltung subtrahiert wird (DE-OS 28 28 586). Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung wird bei dieser Art von Geräten die nichtlineare Vorverzerrung durch einen Begrenzer bewirkt, der Signale über einen Schwellenwert auf einen konstanten Ausgangswert reduziert.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anordnung zum Aufbereiten von Videosignalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, mit der wiedergabeseitig eine vollständige Kompensation der zur Verringerung des Rauschens bei der Aufzeichnung vorgenommenen Vorverzerrung erzielt wird, wobei durch die Maßnahmen zur Verringerung des Rauschens der Aussteuerungsbereich, der ohne diese Maßnahmen vorhanden ist, voll erhalten bleibt.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen nichtlinearen Vorverzerrerschaltung;

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen nichtünearen Nachentzerrerschaltung; F i g. 3 eine graphische Darstellung der Charakteristiken der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung; F i g. 4 eine Darstellung der Signalverläufe an verschiedenen Teilen der herkömmlichen Schaltung; F i g. 5 ein Blockschaltbild der nichtlinearen'Vorverzerrerschaltung gemäß der Erfindung; F i g. 6 ein Blockschaltbild der nicht'inearen Nachentzerrerschaltung gemäß der Erfindung.

Die herkömmliche nichtlineare Verzerrerschaltung wird zunächst vor der Erläuterung der nichtünearen Verzerrerschaltung gemäß der Erfindung erläutert

Die herkömmliche nichtlineare Vorverzerrerschckung gemäß Fig. 1 besteht aus einem Eingangsanschluß 1, einem Hoc· jpaßfilter 2, einem Komprimierer 3, einem Dämpfungsglied 4, einem Addierer 5 und einem Ausgangsanschluß 6. Der Eingangsanschluß 1 empfängt das Leuchtdichtesignal, das von dem aufzuzeichnenden Videosi- gnal abgeleitet ist, wobei die Farbartkomponente entfernt ist Das Eingangssignal wird dem Hochpaßfilter 2 zugeführt so daß die hochfrequenten Komponenten durchgelassen werden und Anteile mit großer Amplitude durch den Komprimierer 3 komprimiert werden. Das Ausgangssignal des Komprimierers 3 wird auf einen geeigneten Pegel mittels des Dämpfungsgliedes 4 abgesenkt und dann dem Eingangssignal hinzugefügt, das am Eingangsanschluß 1 liegt wobei das sich ergebende Signal über den Ausgangsanschluß 6 abgegeben wird.

F i g. 3 ist eine Darstellung der Charakteristiken der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung gemäß F i g. 1, wobei das Ansprechverhalten als Funktion der Frequenz aufgezeichnet ist, mit dem Eingangspegel als Parameter. Aufgrund der Wirkung des Komprimierers 3 gemäß Fig. 1 bewirkt ein hoher Eingangspegel (OdB) geringe Vorverzerrung, während ein niedriger Eingangspegel eine verbesserte Antwort bei höheren Frequenzen bewirkt durch eine größere Vorverzerrung.

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 Vorverzerrung nicht das Rauschverhältnis für ein Signal mit großer Amplitude verbessert wird sie in Zusammenhang mit normaler Vorverzerrung verwendet.

Die Wiedergabe des Videosignals erfordert eine nichtlineare Nachentzerrerschaltung, die das nichtlineare vorverzerrte Signal zum ursprünglichen Signal wiederherstellt F i g. 2 zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen nichtlinearen Nachentzerrerschaltung, die aus einem Eingangsanschluß 7, einem Hochpaßfilter 8, einem Komprimierer 9, einem Dämpfungsglied 10, einem Subtrahierer 11 und einem Ausgangsanschluß 12 besteht Am Eingangsanschluß 7 liegt ein wiedergegebenes Videosignal, das beim Aufzeichnungsvorgang nichtlinear vorverzerrt worden ist. Das Eingangssignal wird dem Hochpaßfilter 8 zugeführt, derart, daß die höherfrequenten Komponenten durchgelassen werden, wobei dann Anteile mit größerer Amplitude durch den Komprimierer 9 komprimiert werden. Das Ausgangssignal des Komprimierers 9 wird auf einen geeigneten Pegel durch das Dämpfungsglied 10 abgesenkt und wird dann vom Eingangssignal subtrahiert, wobei das sich ergebende Signal über den Ausgangsanschluß 12 abgegeben wird. Aufgrund der Wirkung des Komprimierers 9 bewirkt ein großes Eingangssignal im wesentlichen keine Subtraktion vom ursprünglichen Signal, während ein kleines Eingangssignal eine sehr große Subtraktion für höherfrequente Komponenten des Eingangssignals bewirkt, so daß das nichtlinear vorverzerrte Signal auf nichtlineare Weise nachentzerrt wird.

Es ist für herkömmliche dynamische Nachentzerrerschaltungen gemäß der Anordnung nach F i g. 2 im Grundsatz nicht möglich, das ursprüngliche Signal vollständig wiederherzustellen, nachdem es durch die dynamische Vorverzerrerschaltung gemäß F i g. 1 verändert worden ist.

Im folgenden wird die Ursache der oben erwähnten Signalverzerrung eriäutert. Die Übertragungscharakteristik G1 {ω) der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung gemäß F i g. 1 ergibt sich aus folgender Gleichung, wobei H1 (ω) die gesamte Übertragungscharakteristik von Abschnitten wiedergibt die von der Strichlinie umgeben sind, einschließlich des Hochpaßfilters 2, des Komprimierers 3 und des Dämpfungsgliedes 4, wobei H1 (ω) eine Funktion des Eingangssignalpegels ist:

G l(ft>)= 1 + Ηί(ω), (1)

wobei ω = 2 Λτ/und / = Frequenz.

Die Übertragungscharakteristik G 2 (ω) der nichtünearen Nachentzerrerschaltung gemäß F i g. 2 ergibt sich durch die folgende Gleichung, in der H 2 {ω) die gesamte Übertragungscharakteristik der Abschnitte wiedergibt die von der Strichlinie umgeben sind, einschließlich des Hochpaßfilters 8, des Komprimierers 9 und des Dämpfungsgliedes 10, wobei H 2 (ω) eine Funktion des Eingangssignalpegels ist:

55 G2(ü)) = l-W2(ia). (2)

Die gesamte Übertragungscharakteristik der nichtlinearen Vorverzerrung und der nichtlinearen Nachentzerrung, A 1 (ω), ergibt sich als Produkt von G1 (ω) und G 2 (ω). Eine gesamte Übertragungscharakteristik von Eins, d. h. A 1 (ω) - 1, bedeutet, daß das Ausgangssignal der nichtlinearen Nachentzerrerschaltung identisch dem Eingangssignal der nichtünearen Vorverzerrerschaltung ist, d. h., daß dann das ursprüngliche Signal vollständig wieder hergestellt wird:

AIH= Gt{a>)- G2(ß>) = (l + Η\(ω)) -(I - Η2{ω)). (3)

Die gesamte Charakteristik gemäß Gleichung (3) wird zu Eins, wenn H1 (ω) und H 2 (ω) die Beziehung gemäß der folgenden Gleichung (4) besitzen:

Jedoch ist bei der Anordnung der nichtlinearen Nachentzerrerschaltung gemäß F i g. 2 gegenüber der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung gemäß F i g. 1 unmöglich, die Gleichung (4) bezüglich des gesamten Eingangssignalpegels lediglich dadurch zu erfüllen, daß die Charakteristiken des Hochpaßfilters 8, des Komprimierers 9 und des Dämpfungsgliedes 10 gegenüber denjenigen des Aufzeichnungssystems geändert werden. Deshalb genügt die Verwendung einer derartigen nichtlinearen Vorverzerrerschaltung nicht, um das ursprüngliche Signal wiederherzustellen und es ergibt sich eine Signalverzerrung.

F i g. 4 zeigt beispielhaft den Signalverlauf, wobei (a)und (b)den Eingangs- und den Ausgangssignal verlauf der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung wiedergeben, wobei der Ausgangssignalverlauf dem Eingangssignalverlauf der nichtlinearen Nachentzerrerschaltung entspricht; und (c) und (d) zeigen zwei Fälle des Ausgangssignalverlaufs der nichtlinearen Entzerrerschaltung. Der Fall (c) zeigt einen Einschwingvorgang an der Flanke des Signals, während der Fall (d) ein Überschwingen zeigt.

Die nichtlineare Vorverzerrerschaltung und die nichtlineare Nachentzerrerschaltung für Magnetaufzeichnungs- und -wiedergabevorrichtungeii gemäß der Erfindung wird nun mit Bezug auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung näher erläutert F i g. 5 zeigt die nichtlineare Nachentzerrerschaltung gemäß der Erfindung, die eine befriedigende Charakteristik liefert, bei Verwendung in Kombination mit der herkömmlichen nichtlinearen Vorverzerrerschaltung gemäß F i g. 1.

Die nichtlineare Nachentzerrerschaltung gemäß F i g. 5 besteht aus einem Eingangsanschluß 13, einem Subtrahierer 14, einem Ausgangsanschluß 15, einem Hochpaßfilter 16, einem Komprimierer 17 und einem Dämpfungsglied 18. Ein Wiedergabe-Videosignal, das an 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 läßt die hochfrequenten Komponenten des Videosignals durch, wobei, nachdem deren Anteile mit großer Amplitude mittels des Komprimierers 17 komprimiert worden sind, sie auf einen geeigneten Pegel durch das Dämpfungsglied 18 abgeschwächt werden. Das Ausgangssignal des Dämpfungsgliedes 18 wird dem Subtrahierer 14 zugeführt derart, daß es vom Eingangssignal subtrahiert wird, das dem Eingangsanschluß 13 zugeführt ist Das Ausgangssigna] des Subtrahierers 15 wird dann zu dem Eingang rückgeführt, wodurch eine nichtlineare Nachentzerrung mit Rückkopplung geschaffen wird.

Aufgrund der Wirkung des Komprimierers 17 bewirkt ein großer Eingangssignalpegel im wesentlichen keine Subtraktion, während ein kleiner Eingangssignalpegel eine sehr starke Subtraktion für hochfrequente Komponenten bewirkt und eine Charakteristik einer nichtlinearen Nachentzerrung aufweist
Die Übertragungscharakteristik G 2 (ω) der erfindungsgemäßen nichtlinearen Nachentzerrerschaltung ge-

maß F i g. 5 ergibt sich aus der folgenden Gleichung, wobei H 3 (ω) die gesamte Übertragungscharakteristik der Abschnitte wiedergibt die durch die Strichlinien umgeben sind einschließlich des Hochpaßfilters 16, des Komprimierers 17 und des Dämpfungsgliedes 18:

Die gesamte Übertragungscharakteristik der Nachentzerrerschaltung in Kombination mit der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung gemäß F i g. 1 wird nun untersucht. Die Übertragungscharakteristik der Schaltung gemäß F i g. 1 ergibt sich aus Gleichung (1) und die gesamte Übertragungscharakteristik A 2 (ω) ergibt sich damit gemäß folgender Gleichung:

(6)

Wenn die gesamte Übertragungscharakteristik Eins ist, d.h. (-4 2(6;) = 1), wird das ursprüngliche Signal vollständig wiederhergestellt wobei diese Bedingung dann erfüllt ist. wenn H1 (ω) = H3 (ω) ist Dies bedeutet daß die gesamte Übertragungscharakteristik des Hochpaßfilters, des Komprimierers und des Dämpfungsgiiedes identisch für die nichtlineare Vorverzerrer- und für die Nachentzerrerschaltung gemacht werden kann. 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 Nachentzerrerschaltung gemäß F i g. 5 bezüglich der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung gemäß F i g. 1 das ursprüngliche Signal in relativ einfacher Weise wiederhergestellt werden, wobei das Problem einer Signalverzerrung überwunden werden

F i g. 6 zeigt die nichtlineare Vorverzerrerschaltung gemäß der Erfindung, die eine befriedigende Charakteristik liefert wenn sie in Kombination mit der herkömmlichen nichtlinearen Nachentzerrerschaltung gemäß F i g. 2 verwendet ist Die nichtlineare Vorverzerrerschaltung gemäß F i g. 6 besteht aus einem Eingangsanschluß 19, einem Addierer 20, einem Ausgangsanschluß 21, einem Hochpaßfilter 22, einem Komprimierer 23 und einem Dämpfungsglied 24. Das Aufzeichnungs-Videosignal, das dem Eingangsanschluß 19 zugeführt ist wird dem Addierer 20 zugeführt wobei das Ausgangssignal des Addierers 20 am Ausgangsanschluß 21 abgegeben und auch dem Hochpaßfilter 22 zugeführt wird. Das Hochpaßfilter 22 läßt die hochfrequenten Komponenten des Videosignals durch, und, nachdem deren Anteile mit großer Amplitude mittels des Komprimierers 23 komprimiert worden sind, werden sie auf einen geeigneten Pegel durch das Dämpfungsglied 24 abgeschwächt Das Ausgangssignal des Dämpfungsgiiedes 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 nichtlineare Vorverzerrung mit Rückkoppelung geschaffen wird.

Aufgrund der Wirkung des Komprimierers 23 bewirkt ein hoher Eingangssignalpegel im wesentlichen keine Addition, während ein kleiner Eingangssignalpegel eine sehr starke Addition bewirkt und die Charakteristik einer nichtlinearen Vorverzerrung aufweist.

Die Übertragungscharakteristik G 4 (ω) der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung gemäß der Erfindung gemäß F i g. 6 ergibt sich aus der folgenden Gleichung, wobei HA (<y)die gesamte Übertragungscharakteristik der Abschnitte wiedergibt, die durch die Strichlinien umgeben sind, einschließlich des Hochpaßfilters 22, des Komprimierers 23 und des Dämpfungsgliedes 24:

Die gesamte Übertragungscharakteristik der Vorverzerrerschaltung in Kombination mit der nichtlinearen Nachentzerrerschaltung gemäß Fig.2 wird im folgenden betrachtet. Da die Übertragungscharakteristik der Schaltung gemäß F i g. 2 gemäß der Gleichung (2) gegeben ist, ergibt sich die gesamte Übertragungscharakteristik A 3 (ω) durch folgende Gleichung:

(8)

Wenn die gesamte Übertragungscharakteristik Eins ist, d.h. Λ3(ω)= 1, wird das ursprüngliche Signal vollständig wiederhergestellt, wobei diese Bedingung dann erfüllt ist, wenn H 2 (ω) = H 4 (ω). Dies kann dadurch erreicht werden, daß identische Hochpaßfilter, Komprimierer und Dämpfungsglieder für die nichtlineare Nachentzerrerschaltung gemäß F i g. 2 und die nichtlineare Vorverzerrerschaltung gemäß F i g. 6 vorgesehen werden, wie das der Fall bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel war.

Folglich kann durch Verwenden der nichtlinearen Vorverzerrerschaltung gemäß F i g. 6 in Zusammenhang mit der nichtlinearen Nachentzerrerschaltung gemäß F i g. 2 das ursprüngliche Signal auf relativ einfache Weise wiederhergestellt werden und das Problem der Signalverzerrung wird überwunden.

Wie erläutert, wird durch die Verwendung der nichtlinearen Vorverzerren und der nichtlinearen Nachentzerrerschaltung gemäß der Erfindung der Schaltungsaufbau vereinfacht, wobei gleichzeitig das ursprüngliche Signal vollständig wiederhergestellt werden kann bei erheblicher Verringerung der Signalverzerrung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentanspruch:

Anordnung zum Aufbereiten von Videosignalen für deren Aufzeichnung unter nichtlinearer Vorverzerrung und Wiedergabe unter nichtlinearer Nachentzerrung mit einer nichtlinearen Vorverzerrerschaltung und einer nichtlinearen Nachentzerrerschaltung, von denen jede in Kombination mit einem Oberlagerungsglied, an dessen ersten Eingang das jeweils aufzubereitende Videosignal anliegt und das in der Vorverzerrerschaltung ein Addierer und in der Nachentzerrerschaltung ein Subtrahierer ist, eine Reihenschaltung aufweist, die aus einem Hochpaßfilter, einem mit dessen Ausgangssignal gespeisten Komprimierer und einem mit dem Ausgangssignal des Komprimierers gespeisten Dämpfungsglied besteht, dessen Ausgang mit dem

jeweils zweiten Eingang des Überlagerungsgliedes verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß entweder in der Vorverzerrerschaltung oder in der Nachentzerrerschaltung der Ausgang des Oberlagerungsgliedes (14; 20) Ober die Reihenschaltung aus dem Hochpaßfilter (16; 22), dem Komprimierer (17; 23) und dem Dämpfungsglied (18; 24) auf den jeweils zweiten Eingang des Oberlagerungsgliedes (14; 20) rückgekoppelt ist, wobei in der jeweils zugehörigen Nachentzerrer- bzw. Vorverzerrerschaltung dem Hochpaßfilter (2; 8) der darin befindlichen Reihenschaltung das aufzubereitende Videosignal zugeführt wird.