DE3815680C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenzmodulator für periodische Signale, insbesondere für Videosignale, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Frequenzmodulator ist aus der DE 30 13 166 C2 bekannt. Zur Kodierung von SECAM-Farbfernsehsignalen werden hier die Farbträgerruhefrequenzen von Farbdiffe­ renzsignalen während modulationsfreier Zeilenaustastinter­ valle auf im SECAM-Standard vorgegebene Soll-Frequenzen geregelt. Die Regelschaltung ist in Form einer Schleife aufgebaut, bei welcher das von einem spannungsgesteuerten Oszillator frequenzmodulierte Farbdifferenzsignal demodu­ liert und im horizontalen Synchronintervall abgetastet und gespeichert wird. Außerhalb des horizontalen Synchron­ intervalls wird der von einer Abtast- und Halteschaltung gespeicherte Amplitudenwert als Regelsignal zur Frequenz­ nachführung des spannungsgesteuerten Oszillators verwendet. Diese Art der Frequenzregelung ist jedoch zum Zweck der Frequenzmodulation von HDTV-Signalen (High Definition Television) unzureichend, weil die Alterung von den in der Regelschleife eingesetzten Bauelementen unbe­ rücksichtigt bleibt.

Weiterhin ist aus der DE 27 20 896 A1 eine Regelschaltung für einen Spektrumanalysator bekannt, welche die Mitten­ frequenz des insgesamt darzustellenden Frequenzbandes in der Mitte des Frequenzmaßstabes hält. Die Regelschaltung enthält einen periodisch an den Eingang des Analysators anschaltbaren hochkonstanten Hilfsoszillator, der auf der Mittenfrequenz schwingt. Weiterhin ist eine einem Wobbeloszillator zugeordnete und durch den Ausgang eines Demodulators des Analysators gesteuerte Spannungs­ vergleichs- und Regelschaltung vorgesehen, mittels welcher jeweils im Zeitpunkt des Auftretens eines der Hilfs­ oszillatorfrequenz entsprechenden Demodulatorausgangs­ impulses die momentane Amplitude der Wobbelspannung mit einer dem vorgebenen Mittelpunkt der Anzeigeeinrichtung entsprechenden Soll-Spannung verglichen und in Abhängig­ keit von der Differenz dieser beiden Spannungen der Wobbeloszillator in der Frequenz nachgeregelt wird. Damit ist jedoch nur eine feste Zuordnung des Frequenzspektrums zum festen Frequenzmaßstab der Anzeigeeinrichtung gegeben. Zur Regelung der Ruhefrequenzen in einem frequenzmodulierten periodischen Signal läßt sich diese bekannte Regelschaltung nicht einsetzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Frequenzmodulator für periodische Signale, insbesondere für Videosignale, gemäß der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem Ruhefrequenzen im frequenzmodulierten Signal eine verbesserte Langzeitstabilität aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß die Ruhefrequenz mit einer stabilen Bezugsfrequenz verglichen wird und in Abhängigkeit der ermittelten Frequenzabweichung frequenzmäßig nachgeführt wird. Die Genauigkeit der Frequenzregelung wird dabei nicht durch die Linearität des Demodulators oder die Alterung der in der Regelschleife verwendeten Bauelemente beeinflußt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Frequenzmodulators möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nunmehr in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden. Von den Figuren zeigt:

Fig. 1 das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung

Fig. 2 das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung und

Fig. 3 Spannungszeitdiagramme zur Erläuterung der beiden Blockschaltbilder.

In dem Blockschaltbild der Fig. 1 wird bei 1 ein Videosignal einer Addierstufe 2 zugeführt. Der Ausgang der Addierstufe 2 ist mit dem Eingang eines freischwingenden, in der Frequenz modulierbaren Oszillators 3 verbunden. Das am Ausgang des modulierbaren Oszillators 3 abnehmbare frequenzmodulierte Videosignal wird über einen gesteuerten Umschalter 4 zu einem Frequenzdiskriminator 5 weitergeleitet. An dem gesteuerten Umschalter 4 ist ferner ein Referenzoszillator 6 angeschlossen. Das am Ausgang des Frequenzdiskriminators 5 erhaltene frequenzdemodulierte Signal wird einem Eingang eines Differenzverstärkers 7 direkt zugeführt und einem anderen Eingang des Differenzverstärkers 7 über eine erste Abtast- und Halteschaltung 8. Das am Ausgang des Differenzverstärkers 7 abnehmbare Signal gelangt über eine zweite Abtast- und Halteschaltung 9 zu der Addierstufe 2. Die Steuerung der ersten und zweiten Abtast- und Halteschaltung 8, 9 sowie des gesteuerten Umschalters 4 erfolgt mit Klemmimpulssignalen K bzw. K′, die von einem Synchronsignal S in einer Impulsformerstufe 10 abgeleitet werden. Das eingehende Videosignal ist bei 11 in frequenzmodulierter Form abnehmbar.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Frequenzmodulators wird nachfolgend mit den in der Fig. 3 dargestellten Spannungs-Zeit-Diagrammen nun ausführlicher beschrieben. Es sei angenommen, daß der Addierstufe 2 bei 1 ein Videosignal gemäß der Fig. 3a zugeführt ist. Dieses Videosignal enthält im aktiven Bereich der einer jeden Zeilenperiode sogenannte Graukeile. Innerhalb der horizontalen Austastintervalle ist neben dem an sich bekannten Horizontalsynchronimpuls im Bereich der hinteren Schwarzschulter ein Impuls G vorgesehen, welcher pegelmäßig einem mittleren Grauwert des Bildsignals entspricht. Der modulierbare Oszillator 3 formt das videofrequente Signal in ein frequenzmoduliertes Videosignal um. Der modulierbare Oszillator 3 kann beispielsweise als astabiler Multivibrator oder als spannungsgesteuerter Oszillator ausgeführt sein. Bei einer Frequenzmodulation von HDTV-Videosignalen ist der modulierbare Oszillator 3 so ausgelegt, daß im Videosignal der Weißwert bei 25 MHz, der Schwarzwert bei 15 MHz und der Synchrongrund bei 12 MHz liegt. Der im horizontalen Austastintervall befindliche Impuls G weist somit für einen mittleren Grauwert eine Frequenz von 20 MHz auf. Der vorteilhafter Weise als Quarzoszillator ausgeführte Referenzoszillator 6 schwingt mit einer Frequenz von 20 MHz. Durch Steuerung des gesteuerten Umschalters 4 mit dem in der Impulsformerstufe 10 abgeleiteten Klemmimpulssignal K (Fig. 3c) wird das 20 MHz-Signal des Referenzoszillators 6 während des aktiven Bereiches in den Zeilenperioden dem Frequenzdiskriminator 5 zugeführt. Der am Ausgang des Frequenzdiskriminators 5 anliegende Spannungspegel wird mit Beginn der Übertragung des Impulses G von der Abtast- und Halteschaltung 8 gespeichert. An dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 7 liegt somit ein Spannungspegel an, welcher dem Soll-Wert des Impulses G entspricht. Durch Umschaltung des gesteuerten Umschalters 4 und Aufschaltung des frequenzmodulierten Signals an den Eingang des Frequenzdiskriminators 5 wird dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 7 der Ist-Wert des Impulses G zugeführt. Der durch Vergleich zwischen Soll- und Ist-Wert ermittelte Differenzwert wird für die Dauer einer aktiven Zeilenperiode von der zweiten Abtast- und Halteschaltung 9 gespeichert und dem anliegenden Videosignal additiv zugesetzt. Durch diese Maßnahme wird die Regelschleife geschlossen, so daß während horizontaler Austastintervalle eine "Frequenz-Klemmung" für das anliegende Videosignal an die Frequenz des Referenzoszillators 6 durchgeführt wird.

Als Frequenzdiskriminator 5 hat sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine an sich bekannte Exklusiv-Oder-Schaltung bewährt, bei welcher das dem einen Eingang der Exklusiv-Oder-Schaltung zugeführte Signal mit einer Kondensator-Widerstands-Kombination verzögert und dem anderen Eingang unverzögert zugeführt wird. Die Abtast- und Halteschaltungen 8 bzw. 9 können in an sich bekannter Weise mit OTA's (operational transconductance amplifier) aufgebaut sein, wobei an dem Ausgang des OTA's ein Speicherkondensator mit nachgeschaltetem Source-Folger angeschlossen ist.

Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Frequenzdemodulators zeigt das Blockschaltbild der Fig. 2. In dem Blockschaltbild sind Blöcke gleicher Wirkung mit gleichen Bezugszeichen versehen. In dieser Ausführungsform ist anstelle der Abtast- und Halteschaltung 8 eine getastete Klemmschaltung zwischen dem Ausgang des Frequenzdiskriminators 5 und dem Eingang der Abtast- und Halteschaltung 9 angeordnet. Die getastete Klemmschaltung enthält eine Addierstufe 12, einen getasteten Differenzverstärker 13 in Form eines OTA's sowie einen Speicherkondensator 14. Hierbei wird das am Ausgang des Frequenzdiskriminators 5 erhaltene Signal pegelmäßig während aktiver Zeilenperioden auf ein Potential von Null Volt geklemmt, entsprechend dem Massepotential an dem nicht-invertierenden Eingang des getasteten Differenzverstärkers 13. Beim Vorliegen des Impulses G liegt somit an dem invertierenden Eingang des getasteten Differenzverstärkers 13 eine Potentialdifferenz an, welche kennzeichnend für die Frequenzablage des 20-MHz-Referenzsignal gegenüber dem Massepotential ist. Diese Differenz wird durch eine Frequenznachführung über die Addierstufe 2 zu Null geregelt. Der Ausgang der getasteten Klemmschaltung 12, 13 und 14 ist mit dem Eingang der Abtast- und Halteschaltung 9 verbunden, die in dieser Ausführungsform mit einem getasteten Differenzverstärker 15 und einem Speicherkondensator 16 detaillierter dargestellt worden ist, um den Zusammenhang zwischen den konstanten Potentialen (Masse-Potential) an den beiden Eingängen der getasteten Differenzverstärker 13 und 15 zu verdeutlichen.

Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle der beschriebenen Schaltungskonfigurationen andere Schaltungskonfigurationen vorzusehen. Ferner ist es nicht unbedingt erforderlich, im horizontalen Austastintervall einen Impuls G einzufügen. In diesem Fall ist die Frequenz des Referenzoszillators 6 so zu wählen, daß die Frequenz dem Pegel der hinteren Schwarzschulter entspricht.

Der erfindungsgemäße Frequenzmodulator läßt sich besonders vorteilhaft zur Frequenzmodulation von HDTV-Videosignalen verwenden, die auf Magnetband aufgezeichnet werden sollen.

Claims (8)

1. Frequenzmodulator für periodische Signale, insbesondere für Videosignale, mit

• - einem Oszillator (3) zur Abgabe eines frequenzmodu­ lierten Signals,
• - einer Addierstufe (2) mit zwei Eingängen und einem Aus­ gang, deren einem Eingang das zu modulierende periodische Signal zugeführt ist und deren Ausgang mit einem Eingang des Oszillators (3) verbunden ist,
• - einem Frequenzdiskriminator (5), welchem das von dem Oszillator (3) abgegebene frequenzmodulierte Signal zugeführt ist, und
• - einer Einrichtung (9) zum zeitselektiven Abtasten und Speichern, deren Ausgang mit einem anderen Eingang der Addierstufe (2) verbunden ist,

gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (6) zur Abgabe eines Bezugssignals,
eine gesteuerte Umschalteinrichtung (4), über welche während eines bestimmten Zeitraums innerhalb einer jeden Periode des periodischen Signals das Bezugssignal und während der übrigen Zeit das von dem modulierbaren Oszillator (3) abgegebene frequenzmodulierte Signal zu dem Frequenzdiskriminator (5) leitbar ist, und
eine dem Frequenzdiskriminator (5) nachgeschaltete Einrichtung (7) zur Erzeugung eines Differenzsignals für die Einrichtung (9) zum zeitselektiven Abtasten und Speichern, wobei die Einrichtung (7) zur Erzeugung des Differenzsignals durch Bildung einer Differenz zwischen einem Soll-Signal, welches während des bestimmten Zeitraums innerhalb einer jeden Periode des periodischen Signals an einem Ausgang des Frequenzdiskriminators (5) vorliegt, und einem Ist-Signal, welches während der übrigen Zeit an dem Ausgang des Frequenzdiskriminators (5) vorliegt, das Differenzsignal ableitet, und wobei die Einrichtung (9) zum zeitselektiven Abtasten und Speichern das Differenzsignal während des bestimmten Zeitraums innerhalb einer jeden Periode des periodischen Signals abtastet und den durch den Abtastvorgang ermittelten Signalpegel speichert.

2. Frequenzmodulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine weitere Einrichtung (8) zum zeitselektiven Abtasten und Speichern, welche während des bestimmten Zeitraums innerhalb einer jeden Periode des periodischen Signals das von dem Frequenzdiskriminator (5) abgegebene Signal abtastet und für die Dauer der übrigen Zeit als Soll-Signal für die Ableitung des Differenzsignals speichert.

3. Frequenzmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet eine Einrichtung zur Erzeugung des Differenzsignals mit einer weiteren Addierstufe (12), welche eingangsseitig an einem Ausgang des Frequenzdiskriminators (5) und ausgangs­ seitig an einem Eingang der Einrichtung (9) zum zeit­ selektiven Abtasten und Speichern angeschlossen ist,
einen getasteten Differenzverstärker (13), bei welchem ein Eingang mit einem Ausgang der weiteren Addierstufe (12) verbunden ist und ein anderer Eingang an einem konstantem Potential liegt und bei welchem ein Ausgang mit einem anderen Eingang der weiteren Addierstufe (12) verbunden ist, und
einen am Ausgang des getasteten Differenzverstärkers (13) angeschlossenen Speicherkondensator (14).

4. Frequenzmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Bezugssignal frequenzstabilisiert ist.

5. Frequenzmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Bezugssignal eine Frequenz aufweist, welche einer Sollfrequenz für einen bestimmten Signalpegel im Austastintervall eines Video­ signals entspricht.

6. Frequenzmodulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bestimmte Signalpegel im Austastintervall des Videosignals ein mittlerer Grauwert im Bildsignal des Videosignals ist.

7. Frequenzmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Umschalteinrichtung (4) und die Einrichtung (7) zur Erzeugung des Differenzsignals durch ein horizontalfrequentes Klemmimpulssignal steuerbar sind.