DE3631192A1 - Verfahren zur ebnung der gruppenlaufzeit von filtern - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ebnung der Gruppenlaufzeit beliebiger, vorzugsweise digitaler Filter für periodische Signale, insbesondere digitale Videosignale.

In der analogen und digitalen Filtertechnik sind eine Vielzahl von Filtertypen bekannt, die zwar jede gewünschte Amplitudencharakteristik liefern können, aber auch beliebige nicht gewollte Phasenverzerrungen aufweisen. In vielen Fällen und vor allem in der Videotechnik haben sich Filter mit einem frequenzproportionalen Phasengang bewährt. Diese phasenlinearen Filter weisen einen konstanten Gruppenlaufzeitverlauf auf, d.h., alle Frequenzen werden durch das Filter um den gleichen Betrag verzögert. Daraus resultiert ein symmetrisches Impulsverhalten. Nichtlinearphasige Filter hingegen haben die Eigenschaft, eine unsymmetrische Impulsantwort zu erzeugen. Die meisten katalogisierten analogen Filter (z.B. Butterworth-, Tschebyscheff- oder Cauerfilter) erzeugen derart verzerrte Impulsantworten. Zur Symmetrierung sind dann spezielle analoge Allpaßschaltungen erforderlich, die für jeden Filtertyp gesondert dimensioniert werden müssen, und zudem für steilflankige Filter um ein Mehrfaches aufwendiger sind als das eigentliche Filter.

In der digitalen Filtertechnik ist ein exakt linearphasiger Verlauf mit Hilfe von Transversaltfiltern realisierbar. Da diese jedoch zur Erzielung einer gewünschten Amplitudencharakteristik technisch oft zu aufwendig sind, muß bisweilen auf die rekursiven Filter zurückgegriffen und dafür Phasen- bzw. Impulsverzerrungen in Kauf genommen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ausgleich dieser Phasen- bzw. Impulsverzerrungen für beliebige, vorzugsweise digitale Filter, anzugeben.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß es universell zur Ebnung des Gruppenlaufzeitganges beliebiger Filter einsetzbar ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die Grundlaufzeit des verwendeten Filters (Impulsverzögerung) durch die Zeit-Invertierungen kompensiert wird. Es lassen sich also sehr elegant in der Grenzfrequenz variable Filter mit konstanter Laufzeit aufbauen. In herkömmlicher Technik müßte bei einem variablen Filter die Allpaßentzerrung in Abhängigkeit von der eingestellten Filtercharakteristik jedesmal neu optimiert und realisiert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens sowie vorteilhafte Schaltungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist das etwas weniger aufwendige Verfahren gemäß Anspruch 2.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Variante zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 die in Fig. 1 beispielsweise auftretenden Signalverläufe,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer zweiten Variante zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 die in Fig. 3 beispielsweise auftretenden Signalverläufe,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines der in den Fig. 1 bzw. 3 vorkommenden Zeit-Inverters.

Eine erste Variante zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 1 aus zwei parallelen Zweigen, von denen der erste Zweig die Reihenschaltung eines ersten Verzögerungsgliedes 2, eines Tiefpaßfilters 3 und eines zweiten Verzögerungsgliedes 4 und der zweite Zweig einen ersten periodisch verzögernden Zeit-Inverter 6, ein Tiefpaßfilter 7 und einen zweiten periodisch verzögernden Zeit-Inverter 8 umfaßt. An der Eingangsklemme 1 dieser parallelen Zweige liegt das gefilterte Signal an. Istdieses Signal ein digitales Videosignal, dann beträgt die Verzögerungszeit der Verzögerungsglieder 2, 4, 6 und 8 jeweils eine Zeilenperiode. Der Ausgang des Verzögerungsgliedes 4 bzw. der des Zeit-Inverters 8 ist jeweils mit einem Eingang einer Schaltung 9 zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes verbunden, an deren Ausgang 10 dann das gewünschte laufzeitkorrigierte Signal mit symmetrischen Flankenverlauf abnehmbar ist.

In Fig. 2 sind die Kurvenverläufe a bis h der in Fig. 1 vorkommenden Signale dargestellt. Als Eingangs­ signal ist hierbei der Einfachheit halber ein Rechteckimpuls gewählt, dessen Vorderflanke durch eine breite Linie und dessen Rückflanke zur besseren Unterscheidung durch eine schmale Linie gekennzeichnet ist. Der Eingangsimpuls a wird nun im ersten Zweig mittels des Verzögerungsgliedes 2 um eine Zeilendauer verzögert, so daß an dessen Ausgang das Signal b abnehmbar ist. Im zweiten Zweig wird das Eingangssignal a durch den Zeit-Inverter 6 invertiert und gleichzeitig ebenfalls um eine Zeilendauer verzögert, so daß am Ausgang das Signal c abnehmbar ist. Die Signale b und c werden nun jeweils über ein Tiefpaßfilter 3 bzw. 7 geleitet, an deren Ausgängen die Signale d und e entstehen. Diese Signale werden nun jeweils um eine weitere Zeilendauer verzögert, wobei das Signal e außerdem noch gleichzeitig zeitinvertiert wird. Somit entstehen die Signale f und g, welche der nachfolgenden Schaltung 9 zur Mittelwertbildung zugeführt werden. Am Ausgang 10 ist schließlich nach der Verarbeitung der Signale f und g das Signal h mit symmetrischem Flankenverlauf abnehmbar.

Die in Fig. 3 dargestellte zweite Variante der Allpaßfilterung ist - wie man leicht erkennen kann - etwas weniger aufwendig als die erste Variante.

Das an Klemme 11 anliegende, dem Signal a in Fig. 2 entsprechende, Eingangssignal i gemäß Fig. 4 wird zunächst über ein Tiefpaßfilter 12 geführt, an dessen Ausgang das Signal k entsteht. Dieses Signal k wird nun mittels eines Zeit-Inverters 13 invertiert und um eine Zeilendauer verzögert, wodurch am Ausgang das Signal l abnehmbar ist. Mit Hilfe eines weiteren Tiefpaßfilters 14 wird aus dem Signal l das Signal m gewonnen. Dieses bereits einen symmetrischen Flankenverlauf aufweisende Signal m braucht nun nur noch mit Hilfe des Zeit-Inverters 15 invertiert zu werden, so daß am Ausgang 16 das um eine weitere Zeilendauer verzögerte Signal n mit dem zeitrichtigen Flankenverlauf abnehmbar ist. Dieser zweite Zeit-Inverter 15 kann hierbei evtl. entfallen, wenn das Signal vor der Filterung aus einem Speicher ausgelesen wird oder nach der Filterung in einen Speicher eingeschrieben wird. Dieser Vorgang muß dann allerdings entsprechend zeitinvers erfolgen.

Der in Fig. 5 beispielsweise dargestellte Zeit- Inverter besteht im wesentlichen aus zwei Speichern (RAM) 21 und 22 zur Verzögerung des Eingangssignal um jeweils eine Zeilendauer. Hierzu wird das an der Eingangsklemme 23 anliegende Signal mit Hilfe eines mit der halben Zeilenfrequenz betriebenen Umschalters 24 jeweils während einer Zeilenperiode zuden Speichern 21, 22 weitergeleitet. Wird beispielsweise das Signal in den Speicher 21 eingeschrieben, so kann während dieser Zeit der Speicher 22 ausgelesen werden, wobei dieses Signal über den Umschalter 25 zur Ausgangsklemme 26 gelangt. Das Einschreiben und Auslesen der Speicher 21 und 22 erfolgt dabei mit Hilfe von Auf- und Abwärts-Zählern 27 und 28, welche ebenfalls mit einem Signal halber Zeilenfrequenz zwischen Auf- und Abwärtszählen umgeschaltet werden.

Die Zähler 27, 28 werden mit der Taktfrequenz CP (Cloch-Pilse) angesteuert, die der Abtastfrequenz des zu filternden Signales entspricht. Durch diesen Vorgang werden die Eingangssignale jeweils in einer ersten Reihenfolge eingeschrieben und in einer zweiten, dazu inversen Reihenfolge wieder ausgelesen. Die halbe Zeilenfrequenz (2 H bzw. 2 H) zur Steuerung des Zählmodus (Zähler 27, 28) und der Umschalter 24, 25 wird in einem Flip-Flop 29 erzeugt, welcher als Zweiteiler ausgeführt ist und von H-frequenten Impulsen angesteuert wird. Am Ausgang 26 ist somit immer ein gegenüber dem Eingangssignal von Klemme 23 zeitinvertiertes und um eine Zeilendauer verzögertes Signal abnehmbar.

Claims (7)

1. Verfahren zur Ebnung der Gruppenlaufzeit beliebiger, vorzugsweise digitaler Filter für periodische Signale, insbesondere digitale Videosignale, gekennzeichnet durch eine serielle oder parallele Verarbeitung - ggf. mit zeitrichtiger, amplitudenangepaßter Kombination - von direkt tiefpaßgefilterten und bei zweimaliger periodischer Zeit-Invertierung tiefpaßgefilterten Signalen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur seriellen Verarbeitung die Signale zunächst tiefpaßgefiltert, danach periodisch zeitinvertiert, sodann diese zeitinvertierten Signale ebenfalls tiefpaßgefiltert und schließlich diese Signale nochmals periodisch zeitinvertiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur parallelen Verarbeitung die Signale einerseits tiefpaßgefiltert und um zwei Perioden verzögert und andererseits periodisch zeitinvertiert, tiefpaßgefiltert und nochmals periodisch zeitinvertiert werden, und daß die beiden so erzeugten Signale arithmetisch gemittelt werden.

4. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die zur korrigierenden Signale am Eingang eines Tiefpaßfilters (12) anliegen, dessen Ausgang mit dem Eingang eines ersten die Signale um je eine Periode verzögernden Zeit-Inverters (13) verbunden ist, daß der erste Zeit-Inverter (13) über ein weiteres Tiefpaßfilter (14) mit einem zweiten, die Signale um je eine weitere Periode verzögernden Zeit-Inverter (15) verbunden ist, und daß am Ausgang (16) des zweiten Zeit-Inverters die gruppenlaufzeit-korrigierten Signale abnehmbar sind.

5. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallele Zweige vorgesehen sind, an deren gemeinsamer Eingangsklemme (1) die zu korrigierenden Signale anliegen, daß der erste Zweig aus einer Serienschaltung eines Tiefpaßfilters (3) und zweier Verzögerungsglieder (2, 4) besteht, welche die Signale um je eine Periode verzögern, daß der zweite Zweig aus der Serienschaltung eines ersten, um je eine Periode verzögernden Zeit-Inverters (6), eines Tiefpaßfilters (7) und eines zweiten, um je eine weitere Periode verzögernden Zeit-Inverters (8) besteht, und daß die Ausgänge der beiden parallelen Zweige an je einen Eingang einer Schaltung (9) zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes angeschlossen sind, an deren Ausgang (10) die gruppenlaufzeit-korrigierten Signale abnehmbar sind.

6. Schaltung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode eine Zeilendauer beträgt.

7. Schaltung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeit-Inverter (6, 8, 13, 15) aus je zwei Zeilenspeichern besteht, deren jeweiliger Dateneingang für jeweils eine Zeilenperiode an den Signaleingang (23) geschaltet wird, deren jeweiliger Adresseingang von je einem halbzeilenfrequent gesteuerten Auf- und Abwärts-Zähler (27, 28) angesteuert wird, und deren jeweiliger Datenausgang für jeweils eine Zeilenperiode an die Signalausgang (26) geschaltet wird, wobei jeweils der Zeilenspeicher mit dem Signalausgang verbunden ist, der gerade nicht an den Signaleingang geschaltet ist.