Устройство для приема телевизионного сигнала в сокращенной полосе частот

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА В СОКРАЩЕННОЙ ПОЛОСЕ ЧАСТОТ, содержащее последова-. тельно соедиценные полосовой фильтр и демодулятор, а также фильтр нижних частот, отличающееся тем, что, с целью повышения иомехозащищенности , в него введены линия задержки,: интерполятор, коммутатор и сумматор, включенные последовательно между .выходом демодулятора и входом фильтра нижних частот, а также анализатор, включенный между выходом демодулятора и управляющим входом коммутатора, при этом выход линии задержки подключен к другому входу сумматора, а. выход демодулятора соединен с вторым входом интерполятора, второй и третий® выходы которого подключены соответст (Л венно к второму и третьему входам . анализатора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УБЛИН

09) (11) 3(Я) Н 04 М 7/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЫП4Й (21) 3326372!18-09 (22) 11.08.81 (46) 23.1Ф .84. Бюп. ¹ 43 (72) В.И.Кириллов и С.В.Иванович (7! ) минский радиотехнический институт (53) 621.397 (088.8) (56) 1. Суслонов С.A. и др. Исследование телевизионной системы с сокращенной полосой частот. — "Техника кино и телевидения", 1967, ¹ 3, с. 45-50.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 882025, кл, Н 04 8 7/12, 1979 (прототип) . (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИЕМА

ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА В СОКРИ ЕННОЙ

ПОЛОСЕ ЧАСТОТ, содержащее носледовательно соединенные полоеовой фильтр и демодулятор, а также фильтр нижних частот, о т л и ч а к щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в него введены линия задержки,. интерполятор, коммутатор и сумматор, включенные последовательно между .выходом демодулятора и входом фильтра нюкних частот, а также анализатор, включенный между выходом демодулятора и управляющим входом коммутатора, при этом выход линии задержки подключен к другому входу сумматора, а выход демодулятора соединен с вторым входом интерполятора; второй и третий Я вьпсоды которого подключены соответствечно к второму и третьему входам .. 1фф анализ ат ор а.

125777

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что интерполятор содержит последовательно соединенные первую линию задержки, вход ! которой является первым входом интерполятора, вторую линию задержки и сумматор, второй вход которого подключен к выходу первой линии задержки, третий вход и выход являются соответственно вторым входом и первым выходом интерполятора, а выход первой линии задержки и выход второй линии задержки являются соответственно вторым и третьим выходами ин- терполятора

3. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что анализатор содержит первый компаратор, первый вход которого объединен с первым входом второго компаратора и является первым входом анализатора, вто.рой вход объединен с вторым входом второго компаратора и является вторым входом анализатора,,третий вход объединен с третьим входом второго компаратора и является третьим входом анализатора, а выход подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход является выходом анализатора.

Изобретение относится к телевизионной технике и может использоваться в прикладном телевидении.

Известно устройство для приема телевизионного сигнала в сокращенной полосе частот, содержащее преобразователь частоты, фильтр нижних частот, генератор, блок выделения пилот-сигнала, блок фаэовой автоподстройки частоты, блоки формирования и замешивания сигналов строчной и кадровой синхронизацИи (1), Основным недостатком устройства является сложность его построения.

Действительйо, в данном устройстве необходимо применять преобразователь частоты, генератор на частоту 1 блок выделения пилот-сигнала, с помощью которого в устройстве фазовой автоподстройки частоты осуществляется жесткая синхронизация частоты и фазы колебаний частоты 1 приемника с частотой и фазой колебаний аналогичного генератора частоты 1 перео датчика, специальные блоки формирования и замешивания сигналов строчной и кадровой синхронизации и т.д.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для приема телевизионного сигнала в со кращенной полосе частот, содержащее полосовой фильтр, к. выходу которого подключены две последовательные цепи, первая иэ которых состоит из первого демодулятора, первого фильтра нижних частот и блока замешивания синхросигнала, выход которого является выходом устройства, а вторая

5 цепь — из второго демодулятора втоЭ рого фильтра нижних частот и амплитудного селектора, выход которого подключен к второму входу блока замаанаання сннхроснгнаяа (2g .

Основным недостатком известного устройства является существенное ухудшение помехозащищенности (отношения сигнал/шум) на выходе приемного устройства по сравнению с помехозащищенностью сигнала на выходе датчика телевизионного сигнала (телевизионной передающей камеры).

Объясняется это тем, что шум имеет не дискретный, как полезный видеосигнал, а непрерывный спектр, поэтому при перенесении сигнала и шума в область частоты и суммировании с исходньи сигналом высокочастотные ,и низкочастотные составляющие

25 шума не перемежаются, а накладываются друг на друга, что не дает возможность их разделить, кроме того, если

0 сигнал в одной и. той же строке для двух соседних кадров практическИ одиЗП иаков (высокая межкадровая корреля- ция), то шум в соседнем кадре практически не коррелирован. Поэтому в спектре видеосигнала, полученного усреднением одной строки двух сосед5777 4 выход демодулятора соединен с вторым входом интерполятора, второй и третий выходы которого подключены соответственно к второму и третьему входам анали затор а.

При этом интерполятор содержит последовательно соединенныз первую, линию задер:хки, вход которой является первым входом интерполятора, вторую линию задержки и сумматор, второй вход которого подключен к выходу первой линии задержки, третий вход

I и выход являются соответственно вторым входом и первым выходом интерполятора, а выход первой линии задержки и выход второй, линии задержки являются соответственно вторым и третьим выходами интерполятора.

Кроме того, анализатор содержит первый компаратор, первый вход которого объединен с первым входом второго компаратора и является первым входом анализатора, второй вход объединен с вторым входом второго компаратора и является вторым входом анализатора, третий вход объеди.нен с третьим входом. второго компаратора и является третьим входом анализатора, а выход подключен к пер-. вому входу элемента ИЛИ, второй вход которого с оединен с выходом второго компаратора, а выход является выходом анализатора.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для приема телевизионного сигнала в сокращенной полосе частот.

Устройство содержит полосовой фильтр 1, демодулятор 2, линию 3 задержки, интерполятор 4, коммутатор

5, сумматор 6, фильтр 7 нижних частот, анализатор 8. Интерпояятор 4 содержит первую 9 и вторую 1G линии задержки и сумматор 11. Анализатор

8 содержит первый 12 и второй 13 компараторы и элемент ИЛИ 14.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал, передаваемый на несущей частоте 1„, удовлетворяющий условиям

3 112 них кадров, практически отсутствуют комбинационные составляющие, преобра . зованные в область частоты fo И остаются только составляющие видеоспектра и составляющ е, преобразован- 5 ные в область частоты 2 (последние подавляются фильтром низких частот) .

Для шумовых составляющих вследствие их некоррелированности не происходит компенсация комбинационных 10 продуктов за два кадра. В общем случае можно принять, что усреднен-, . ный за два кадра шум равен среднеквадратичному от шумов отдельных кадров. 15

Таким образом, в сравнении с сигналом датчика сигнал на выходе известного устройства дополнительно

"зашумливается" комбинационными составляющими шума, образованными 20

sa счет преобразования в область частоты 1, . При этом в область нижних.частот видеоспектра попадают высокочастотные составляющие исходного шума. 25

Наиболее заметно ухудшение помехозащищенности сигнала на выходе известного устройства при косом спектре шума (неравномерном спектре с подъемом в области верхних частот), ЗО который характерен для видиконных передающих камер, получивших наибольшее распространение в телевизионном вещании и промышленных телевизионных установках (ПТУ). В этом случае ухуд35 шение помехозащищенности может доходить до 2-5 дБ, что зачастую неприемлемо и ставит под сомнение саму возможность использования. пободных систем передачи с сокращенной

40 полосой частот.

Цель изобретения — повышение помехозащищенности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для приема

45 телевизионного сигнала в сокращенной полосе частот, содержащее последовательно соединенные полосовой фильтр и демодулятор, а также фильтр нижних. частот, введены линия задержки ин- 50 терполятор, коммутатор и сумматор, включенные последовательно между вы-. . ходом демодулятора и входом фильтра нижних частот, а также анализатор, включенный между выходом демодулято- 55 .ра и управляющим входом коммутатора, при этом выход линии задержки подключен к другому входу сумматора, а где Fs — верхняя частота спектра видеосигнала, Г - частота строчных синхроимпульсон видеосигнала I

1125777 уплотненный за счет перемежения высокочастотных и низкочастотных составляющих и вследствие этого имею щий сокращенную полосу частот, поступает на вход полосового фильтра 1, 5 .Полосовой фильтр 1 дополнительно ограничивает спектр входного сигнала в области верхних и нижних частот, что повышает защищенность сигнала от внешних флюктуационных шумов, низ- 10 кочастотных помех и наводок. После прохождения через демодулятор 2 и ли,.нию 3 задержки сигнал поступает на первый вход интер полятора 4, который формирует вспомогательные выборки, смещенные относительно основньи выборок на половину периода дискретизации Та- = 1/, . Амплитуды этих вспомогательных выборок определенным образом связаны с амплитудами ближай-K ших трех соседних выборок. Формирование интерполирующих выборок производится в интерполяторе 4 с помощью первой 9 и второй 10 линий задержки и сумматора 11. Первая линия 9 за-. держки, так же как и линия 3 задерж ки, имеет время задержки, равное

Тб/2, вторая линия 10 задержки имеет время задержки, равное Т -. Сигнал на выходе сумматора 11 полуЧается за 3Q счет сложения выборок с выходов демодулятора 2, первой 9 и второй

10 линий задержки. Если присвоить

Фрем соседним выборкам на выходе демодулятора 9R- 1,2,3, а их амплиту-, 35 дам - значеиия Ц, 02,0, то интерполируемая выборка, размещаемая по. средине между выборками К Ф 2 и 3, имеет амппитуду

=-Ц +-0>--01

234 2

Ф

Это выражение получено из условия что в момент времени 2 мгновенное эначеийе видеосигнала точно равно амплитуде выборки Ф 2, а в, интервале t t Ф мгновен - 50 ное значение видеосигнала U(4) может быть аппроксимироваио выражением

ll(tl-U И-4 )t —, Ь tzl

30® 1 d ОФ 2 dtj« М l<-., где

Д® U>-U, d bit) 4, U,-Ы, dtkt 2Tf да,, Совокупность линий 3 задержки, интерполятора 4 и сумматора 6 может быть представлена как некоторый линейный фильтр, который имеет ампли- . тудно-частотную характеристику коэффициента передачи К (4) ), описываемую выражением т „ Рт,г Ц ф =-(12соб 6со 5 5-4сж

2

4 сдтИ (12

-leos.

Очевидно, линейный фильтр с такой характеристикой осуществляет. существенное подавление мощности шума, Причем подавляется не только избыточный шум, обусловленный преобразованием в области k, но и основной.

Поэтому при использовании интерполятора 4 можно получить отношение сигнал/взвешенный шум на выходе устройства даже более высокое, чем в исходном видеосигнале (если мал уровень внешних шумов). В зависимости от характера спектра шума в исходном видеосигнале ("плоский" шум или "косой") выигрыш составляет 1,3-2,5 дБ.

Если же сравнивать с отношением сигнал/взвешенный шум, получаемым на выходе известного устройства, то выигрыш в предлагаемом устройстве составит от 3,4 дБ для "плоского" и до 5,5-6 дБ "косого" шума. Однако интерполятор 4 наряду с подавлением шумов производит также и подавление высокочастотных компонентов полезного сигнала, что ведет, к снижению четкости, резкости и.детальности иэображения на выходе устройства. Действительно, если изменение видеосигнала между выборками мало, то интерполируемая выборка будет близка (равна) точному значению выборки видеосигнала, получаемому в следующем кадре этой строки.

Если же изменение О (4) велико, то интерполируемая выборка будет значительно отличаться от истинной выбор1125777 ки соседнего кадра и ее появление ухудшает качество передачи видеосигнала.

С целью устранения этого дефекта в устройство введен анализатор 8, 5 который определяет в применяемом видеосигнале участки с повьппенным уровнем высокочастотных компонентов (крутые фронты, мелкие одиночные детали, высокочастотные групповые структуры и т.д.) и на время появления этих участков отключает дополни-. тельный сигнал с выхода интерполятора .4. Отключение производится с помощью коммутатора 5, на управляющий 15 вход которого поступает сигнал с анализатора 8. Таким образом, подавление шумов производится на участках изображения с медленно изменяющейся яркостью, где они наиболее заметны, 20 и не производится на границах пере4 падов яркости и мелких деталях, где заметность шумов существенно меньше., Учитывая, что передача фронтов и мелких деталей составляет не более.1,5- г5

2% всего времени передачи изображения, можно утверждать, что в предлагаемом устройстве осуществляется эффективное подавление шумов.

Анализатор 8 содержит два компаратора 12 и 13 и элемент ИЛИ 14. Одноименные входы компараторов 12 и

13 объединены и на них поступают сигналы с выхода демодулятора 2, с второго выхода интерполятора 4 (выхода

35 первой линии 9 задержки) и с третьего выхода интерполятора 4 (выхода второй линии 10 задержки) . ,Алгоритм работы компараторов 12 и 13 можно записать в виде: — пев0,-Ь, 4 вый компаратор 12: если Ьй или

20, (Uq — U(5 2 Д; 62, то сигнал HR его выходе равен 1", в противном случае — "0" — второй компаратор 15:, » 45

01 + Uy - 20 1

20 1 Д2 или

U1 + U<) y 2(1 +d2)U2, или (U +

+ U>) с 2(1 - Д 2 )У2,. то сигнал на его выходе равен "1", в противном случае — "О".

S0

Здесь Ь1 и Ь вЂ” некоторые услов-, ные пороги срабатывания первого и второго компараторов 12 и 13.

Указанные алгоритмы работы компа- 5 раторов 12 и 13 выбраны такими, что:бы осуществлять "отслеживание" за

О относительным изменением первой и

8 втор ой п роиз в одной виде ос иг нала (00 (3t и d2U/4t ) во время каждой выборки. Если относительное изменение первой или второй производной превьппают соответствующий порог 6, ° или Д, то с раб атывает первый или второи компараторы 12 или 13, на выходе элемента ИЛИ 14 появится сигнал логической "1" и коммутатор

5, который подавляющую часть времени открыт, закроется, при этом прекратится поступление интерполирующих выборок с интерполятора 4.

Наличие двух компараторов .12 и

13 существенно повьппает надежность анализа и уменьшает ложное срабаты- вание анализатора 8.

Выбор порогов срабатывания обоих компараторов 12 и 13 производится в следующем порядке. Выбирается граничная частота F для которой спад

АЧХ устройства с включенным интерполятором 4 не превышает заданной величины (обычно не более 5-10%) .

Выбирается пороговый контраст 0 „00 для детали изображения, длительность которой в видеосигнале составляет 1/2 7< (нетрудно показать, что такая деталь имеет угловой размер в минутах порядка 1200 Fä /F»), рассчитывается максимальное относительное значение первой ф1м и второй („производной сигнала на частоте

bzop

q z o, (5gop

Принимается d < Я1м, Д2 цям

Если Д1=Ц1м > Дг = ЦпМ> то вс различимые по . контрасту элементы изображения, спектр которых выше F (групповые структуры с частотой

5 ? Fy, фронты и одиночные детали длительностью менее 1/2 F ),.будут передаваться без интерполяции.

Интерполироваться будут те элементы, для которых при,максимально возможном контрасте Ьр. не превьппаются пороги анализа 5, и Д . Дпя этих элементов из уравнений (1 2) при

190p - Ьц и Д,(ц„,Д @ „ определяются: граничные частоты 7К и g . Если

К1 положить, например, что Fк c F то

Кг» следовательно, для всех элементов, спектр которых ниже Гкп,, интерполяция будет производиться. Наконец, Составитель Т.Афанасьева

Техред А.Бабинец . Корректор О.Тигор

Редактор Е.Папп

Заказ 8559/45 Тираж 634 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5.

Филиал IIIIP "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 11257 видно, что еСть некоторый промежуточ-. ный класс элементов изображения, граничная частота спектра которых находится в пределах F<, - К < которые в зависимости от контраста и 5 взаимного расположения элементов и импульсов дискретизации, могут передаваться как с интерполяцией, так и без нее. При практической настройке порогов компараторов 12 и 10

13 по испытательной таблице без за-. метных искажений изображения можно . получить область граничных значений

Г и Гк порядка 0,5 и 2 МГц соответственно.

В компараторах 12 и 13 перед выполнением анализа относительного уровня первой и второй производной сигнала выполняется функция ограничения сигнала по минимуму. Порог .20 ограничения выбирается на уровне черного (видеосигнал имеет положительную полярность без потерь постоянной . составляющей), поэтому анализируются только элементы видеосигнала, лежа- 5 щие в области от черного до белого.

Синхросигнал не анализируется (для

- него всегда выполняется, М юи ч - Чгм

1 поэтому при передаче синхросигнала

:интерполятор 4 всегда включен. В, зб результате синхросигнал на.выходе с

77 сумматора 6 имеет практически одинаковый вид в любой строке любого кадра. Он не "чувствует" скачков фазы несущего колебания с частотой f

Это дает возможность исключить из предлагаемого устройства какие-либо дополнительные устройства формирова.ния и замешивания синхросигнала. По1 скольку дискретизация синхросигнала. производится как.бы с частотой 210 для его фильтрации вполне достаточно использовать общий фильтр 7 нижних частот, который имеет частоту, среза порядка 6,0 ИГц.

Основным. преимуществом предлагаемого устройства является повышение помехозащищенности выцеляемого полезного видеосигнала. Это расширяет об-: ласти применения и внедрения устройства в различные системы промышленного телевидения, и, кроме того, не требует существенного усложнения приемного устройства. Введенные блоки при современной элементной базе не намного сложнее, чем блоки второго демодулятора, второго фильтра нижних частот, амплитудного селектора и замешивания синхросигнала известного устройства, необходимость которых в предлагаемом устройстве .отпадает.