DE3825556A1 - Verfahren zur ermittlung der phasenabweichung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ermittlung der Phasenabweichung zwischen einem ersten und zweiten Signal gleicher Frequenz.

Aus der Zeitschrift "Funk-Technik", 1983, Heft 9, S. 385 bis 386 ist es bekannt, durch Multiplikation eines ersten Signals u ₁*sin(wt) und eines zweiten Signals u ₂*sin(wt+a) die zwischen den Signalen vorliegende Phasenabweichung u _A zu bestimmen, wobei die Phasenabweichung

u _A = u₁*sin(wt)*u₂*sin(wt+α)

u _A = 1/2*u₁*u₂*(cos a + cos(2wt+α))

ist. Der Term cos(2wt+α) wird schaltungstechnisch durch Tiefpaßfilterung unterdrückt.

Die Multiplikation läßt sich mit analogen und digitalen Schaltungsmitteln durchführen. Da jedoch analoge Multiplizierer als Phasenvergleicher anfällig gegenüber äußeren Störeinflüssen und außerdem nicht langzeitstabil sind, werden heute in zunehmendem Maße digitale Multiplizierer als Phasenvergleicher eingesetzt (DE 26 46 147 B2, EP 01 22 491 B1). Derartige digitale Multiplizierer sind jedoch schaltungstechnisch sehr aufwendig. Außerdem ist die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit der digitalen Multiplizierer gegenüber analogen Multiplizierern geringer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Ermittlung der Phasenabweichung zwischen einem ersten und zweiten Signal gleicher Frequenz anzugeben, bei dessen Anwendung der Schaltungsaufwand reduziert wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß durch Einbindung eines A/D-Wandlers in den Signalverarbeitungsprozeß auf einen digitalen Multiplizierer verzichtet werden kann.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß nunmehr Zeitbasisfehler in Videosignalen mit großer Genauigkeit ermittelt werden können.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. In der dazugehörenden Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Aufnahmeseite eines Magnetbandgerätes,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform auf der Wiedergabeseite eines Magnetbandgerätes,

Fig. 3 Spannungszeitdiagramme zur Erläuterung der Blockschaltbilder in den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform auf der Wiedergabeseite eines Magnetbandgerätes und

Fig. 5 das Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform auf der Wiedergabeseite eines Magnetbandgerätes.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Zeitfehlerkorrektors beschrieben. Zeitfehlerkorrektoren für Anwendungen in einem Fernsehstudio enthalten üblicherweise eine Phasenvergleichseinrichtung, um die aufgrund mechanischer Instabilitäten bei der magnetischen Aufzeichnung und Wiedergabe von Videosignalen entstehenden Zeitbasisfehler zu bestimmen.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild zum Einfügen eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Hilfssignals in horizontalen Austastlücken eines auf Magnetband aufzuzeichnenden Videosignals. Dabei wird bei 1 das aufzuzeichnende analoge Videosignal einem A/D-Wandler 2 und einem Genlock 3 zugeführt. Am Ausgang des A/D-Wandlers 2 steht ein digitales Videosignal in einer Wortbreite von 8 Bit zur Verfügung, welches über einen Multiplexer 4 in der angegebenen Schalterstellung zu einem D/A-Wandler 5 weitergeleitet wird. Mit Hilfe eines Aufsprechmagnetkopfes 6 wird das nunmehr wieder analoge Videosignal auf ein Magnetband 7 aufgezeichnet.

Der Genlock 3 besteht üblicherweise aus einer Phasenregelschleife, die mit Synchronsignalen des anliegenden analogen Videosignals synchronisiert wird und die ein mit Horizontalsynchronimpulsen verkoppeltes Abtastsignal f _a , ein horizontalfrequentes Austastsignal H _A und ein horizontalfrequentes Zählsignal H _C erzeugt. Die Frequenz des Abtastsignals f _a liegt vorzugsweise bei einem Vielfachen der Horizontalfrequenz. Mit dem Abtastsignal wird der A/D-Wandler 2, der A/D-Wandler 5 und ein Nur-Lesespeicher 8 gesteuert.

In dem Nur-Lesespeicher 8 sind diskrete Amplitudenwerte für das in den horizontalen Austastintervallen des Videosignals einzufügenden sinusförmigen Hilfssignals abgelegt. Die Steuerung des Nur-Lesespeichers 8 erfolgt durch das an Adresseingängen des Nur-Lesespeiches 8 liegende Zählsignal H _C . Das vom Nur-Lesespeicher 8 generierte Hilfssignal besteht in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei Schwingungspaketen der Signalform sin(2π*f _a/N) und cos(2π*f _a/N), wobei N eine ganze Zahl ist. Es hat sich als sinnvoll erwiesen, N = 4 zu wählen. Durch Steuerung des horizontalen Austastsignals H _A wird einer der Eingänge des Multiplexers 4 mit dem Ausgang des Nur-Lesespeichers 8 verbunden, so daß die Schwingungspakete des Hilfssignals während der horizontalen Austastintervalle in den Datenstrom des Videosignals eingefügt werden.

Das Blockschaltbild der Fig. 2 zeigt die Wiedergabeseite eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitenden Magnetbandgerätes. Mit einem Wiedergabemagnetkopf 9 wird das auf das Magnetband 7 aufgezeichnete Videosignal abgenommen und nach entsprechender Vorverstärkung und Entzerrung mit einem A/D-Wandler 10 in 8 Bit breite Datenworte umgewandelt, welche einem Zeitfehlerkorrektor 11 und einer Mittlungseinrichtung 12 zugeführt werden. Die Mittlungseinrichtung 12 besteht in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem an sich bekannten Akkumulator mit einer Addierstufe 13 und einem Register 14. Am Ausgang der Mittlungsstufe 12 sind zwei weitere Register 15 und 16 angeschlossen, deren Ausgänge mit Adresseingängen eines weiteren Nur-Lesespeichers 17 verbunden sind. Der A/D-Wandler 10 und die Register 14, 15 und 16 werden durch Abtastsignale f _a bzw. f _a /N sowie durch periodische Signale H ₁, H ₂ und H ₃ gesteuert, welche von einem Genlock 18 erzeugt werden, der durch ein bei 19 anliegendes Studioreferenzvideosignal synchronisiert wird. Das dem Nur-Lesespeicher 17 vom Register 15 zugeführte Signal sin(α) (VZ) bestimmt das Vorzeichen und damit die Lage des Quadranten innerhalb einer Schwingungsperiode. Durch die Berücksichtung des Vorzeichens wird der gesamte Bereich von 0° bis 360° des Referenzsignals erfaßt. Ein am Ausgang des Registers 16 abnehmbares Signal cos(α) bestimmt die Phasenlage innerhalb einer Halbperiode. Wird nun im horizontalen Austastintervall ein vom Genlock 18 erzeugtes Abtastsignal f _a /N zur Abtastung bzw. Taktung herangezogen, so liefert der Nur-Lesespeicher 17 die gewünschte Phasenabweichung arccos(cos(α)). Diese Funktion ist in Form einer Tabelle in dem Nur-Lesespeicher 17 abgelegt. Mit der so erhaltenen Phasenabweichung wird der Zeitfehlerkorrektor 11 im Sinne einer Zeitfehlerkorrektur so nachgesteuert, daß bei 20 ein von Zeitfehlern befreites Videosignal abnehmbar ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in dem Nur-Lesespeicher 17 auch eine Tabelle abgelegt werden, die der Funktion

gehorcht. Eine Amplitudenbewertung mit dieser Funktion beseitigt Fehler, die durch Amplitudenschwankungen in den vom Magnetband 7 abgenommenen Schwingungspaketen verursacht werden können.

Die Wirkungsweise der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Blockschaltbilder sei nachfolgend mit den in der Fig. 3 gezeigten Spannungszeitdiagrammen nunmehr ausführlicher erläutert. Die Fig. 3a zeigt ein analoges Videosignal mit zwei Schwingungspaketen im Bereich horizontaler Austastlücken. Jedes Schwingungspaket besteht aus mehreren Einzelschwingungen, wobei die Einzelschwingungen in dem einen Schwingungspaket eine Kurvenform entsprechend der Funktion sin(2π*f _a/N) aufweisen, und die Einzelschwingungen in dem anderen Schwingungspaket eine Kurvenform der Funktion cos(2π*f _a/N). Die beiden Schwingungspakete unterscheiden sich somit lediglich durch eine 90°-Phasenverschiebung. In der Fig. 3b ist das horizontale Austastsignal H _A dargestellt, welches den Multiplexer 4 steuert. Die in den Fig. 3c bis 3d gezeigten Spannungszeitdiagramme dienen zur Darstellung des zeitlichen Zusammenhangs der Rückstellung bzw. Taktung der Register 14, 15 und 16.

Bei dem bisher beschriebenen Verfahren werden aufnahmeseitig zwei um 90 Grad phasenverschobene Schwingungspakete auf das Magnetband 7 aufgezeichnet. Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann aber auch auf die Aufzeichnung des zweiten Schwingungspaketes verzichtet werden, ohne den Phasenmeßbereich von 0 bis 360 Grad einzuschränken. In diesem Fall wird die Unterscheidung nach der sin- und cos-Komponente auf die Wiedergabeseite verlagert.

Das Blockschaltbild der Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform zur Ermittlung der Phasenabweichung, bei der nur ein einziges Schwingungspaket ausgewertet wird. Blöcke gleicher Funktion sind in diesem Blockschaltbild mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu dem Blockschaltbild der Fig. 2 werden hier von dem Genlock 18 zwei um 90 Grad phasenverschobene Abtastsignale f _a /N und (f _a /N+90 Grad) erzeugt, die mit einem horizontalfrequenten Austastsignal H _A unter Verwendung von UND-Gattern 21 und 22 logisch verknüpft werden. Die Ausgänge der UND-Gatter 21 und 22 sind mit Takteingängen der Register 15 und 16 verbunden, die ihrerseits an Adresseingängen des Nur-Lesespeichers 17 angeschlossen sind. Weiterhin werden die Ausgangssignale der Register 15 und 16 über Addierstufen 23 und 24 zurückgekoppelt, andere Eingänge der Addierstufen 23 und 24 sind mit dem Ausgang des A/D-Wandlers 10 verbunden.

Da die Register 15 und 16 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit zwei verschiedenen Abtasttakten f _a /N und (f _a /N+90 Grad) abgetastet werden, wird die Unterabtastung nicht mehr wie im Blockschaltbild der Fig. 2 durch den A/D-Wandler 10, sondern durch die beiden nachgeschalteten Akkumulatoren, die zur Mittelwertbildung ohnehin benötigt werden, durchgeführt.

Prinzipiell ist es möglich, als Frequenz des Hilfssignals einen beliebigen ganzzahligen Teil der Frequenz des Abtastsignals f _a zu wählen. Bei einem Viertel der Frequenz des Abtastsignals f _a ist es jedoch besonders einfach, zwei um exakt 90 Grad phasenverschobene Abtastsignale zu erzeugen.

Eine weitere Reduktion des Aufwandes ist gemäß dem Blockschaltbild der Fig. 5 dadurch möglich, daß die Register 15 und 16 in Verbindung mit einer Addierstufe 15 als zweistufiger Akkumulator geschaltet werden. Zur Taktung der Register 15 und 16 werden zwei um 90 Grad phasenverschobene Abtastsignale f _a /N und (f _a /N+90 Grad) in einer ODER-Stufe 26 ODER-verknüpft und nachfolgend in einer UND-Stufe 27 mit dem horizontalen Austastsignal H _a UND-verknüpft. Je nach Lage des Austastimpulses steht am Ausgang des Registers 15 ein Signal der Funktion cos(α)*(sin(a)) und am Ausgang des Registers 16 ein Signal der Funktion sin(α)*(cos(α)) als Adreßsignale für den Nur-Lesespeicher 17 zur Verfügung.

Diese Ausführungsform weist ferner den Vorteil auf, daß die Integrationszeit des Akkumulators bei gleicher Gesamtlänge eines aufgezeichneten Schwingungspaketes mehr als verdoppelt wird. Außerdem vereinfacht sich der aufnahmeseitige Schaltungsaufwand zum Eintasten des Schwingungspaketes. Weiterhin kann die im Blockschaltbild der Fig. 2 erforderliche Umschaltung der Abtastsignale entfallen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Ermittlung der Phasenabweichung zwischen einem ersten und zweiten Signal gleicher Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Senderseite einer Übertragungsstrecke ein mit dem ersten Signal phasenmäßig verkoppeltes Hilfssignal erzeugt und dem ersten Signal zugesetzt wird, daß auf der Empfängerseite der Übertragungstrecke ein Abtastsignal erzeugt wird, welches mit dem zweiten Signal phasenmäßig verkoppelt ist, daß das mit dem Hilfssignal versehene erste Signal unter Verwendung des erzeugten Abtastsignals A/D-gewandelt wird und die erhaltenen Daten mit einem Nur-Lesespeicher (17) in entsprechende Werte der vorliegenden Phasenabweichung umgewandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Senderseite dem ersten Signal als Hilfssignal Schwingungspakete zugesetzt werden, welche um 90 Grad zueinander phasenverschoben sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfssignal in Austastlücken eines Videosignals eingefügt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verkopplung der Frequenz des Abtastsignals mit einem ganzzahligen Vielfachen der Frequenz des Hilfssignals.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal mit einem ersten A/D-Wandler (2) A/D-gewandelt und nach einer Übertragung über eine Multiplexer-Anordnung (4) mit einem D/A-Wandler (5) wieder D/A-gewandelt wird, daß die Multiplexer-Anordnung (4) zwischen dem A/D-gewandelten ersten Signal und dem in einen Nur-Lesespeicher (8) abgeleiteten Hilfssignal umgeschaltet und daß der erste A/D-Wandler (2), der D/A-Wandler (5) und der Nur-Lesespeicher (8) durch ein vom ersten Signal abhängiges Abtastsignal getaktet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiplexer-Anordnung (4) und der Nur-Lesespeicher (8) durch ein vom ersten Signal abhängiges Steuersignal gesteuert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfängerseite der Übertragungsstrecke von mehreren digitalen Amplitudenwerten des Hilfssignals ein Mittelwert gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das am Ende der Übertragungsstrecke empfangene Signal mit einem zweiten A/D-Wandler (10) A/D-gewandelt und über einen Eingang einer Addierstufe (13) zu einem ersten Register (14) geleitet wird, welche Daten des anliegenden Signals mit einem Taktsignal, das mit dem zweiten Signal verkoppelt ist, übernimmt und welche die übernommenen Daten zu einem anderen Eingang der Addierstufe (13) rückkoppelt, daß die am Ausgang des ersten Registers (14) zur Verfügung stehenden Daten während der Hilfssignal-Intervalle von zweiten und dritten Registern (15, 16) übernommen werden und daß die an den Ausgängen der zweiten und dritten Register (15, 16) erhaltenen Amplitudenwerte der empfangenen Schwingungspakete mit Hilfe von in dem Nur-Lesespeicher (17) abgelegten Kreisfunktionen, insbesondere von Arcus-Cosinus-Funktionen, in entsprechende Werte der Phasenabweichung überführt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das am Ende der Übertragungsstrecke empfangene Signal mit einem zweiten A/D-Wandler (10) A/D-gewandelt und parallel über Eingänge zweier Addierstufen (23, 24) zu zwei Registern (15, 16) weitergeleitet wird, welche Daten des anliegenden Signals mit um 90 Grad phasenverschobenen Taktsignalen, die mit dem zweiten Signal verkoppelt sind, übernehmen und welche übernommene Daten zum einen zu anderen Eingängen der zwei Addierstufen (23, 24) rückkoppeln und zum anderen auf Adreßeingänge eines Nur-Lesespeichers (17) wirken, in welchem Kreisfunktionen, insbesondere Arcus-Cosinus-Funktionen, abgelegt sind und welcher abhängig von anliegenden Amplitudenwerten des Hilfssignals entsprechende Werte der Phasenabweichung abgibt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das am Ende der Übertragungsstrecke empfangene Signal mit einem zweiten A/D-Wandler (10) A/D-gewandelt und über einen Eingang einer Addierstufe (25) zu zwei in Reihe geschalteten Registern (15, 16) weitergeleitet wird, welche Daten des anliegenden Signals mit einem Taktsignal, das mit dem zweiten Signal verkoppelt ist, übernehmen und welche übernommene Daten zum einen in einen anderen Eingang der Addierstufe (25) zurückkoppeln und zum anderen Adresseingänge eines Nur-Lesespeichers (17) ansteuern, in welchem Kreisfunktionen, insbesondere Arcus-Cosinus-Funktionen, abgelegt sind und welcher abhängig von anliegenden Amplitudenwerten des Hilfssignals entsprechende Werte der Phasenabweichung abgibt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Nur-Lesespeicher (17) eine Tabelle abgelegt wird, die der Funktion genügt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Hilfssignal versehene erste Signal derart A/D-gewandelt wird, daß das Hilfssignal mit einem aus der Frequenz fa des Abtastsignals durch Teilung hervorgegangene frequenzgleichen Signal fa/N unterabgetastet wird.