УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК H04N5/60 H04N5/62 

Передача звука, сопутствующая передаче телевизионного изображения осуществляется, например, в системе НТСЦ, используемой в Соединенных Штатах, с помощью частотно модулированного /ЧМ/ сигнала, передаваемого на частоте, на 4,5 МГц выше несущей высокой частоты /ВЧ/ изображения. В обычном телевизионном приемнике сигналы изображения и звука обрабатываются вместе с ВЧ каскадом и смесителем /иногда называемым первым детектором/. В типичном случае современные телевизионные приемники являются супергетеродинными приемниками, использующими частоту гетеродина, настроенную выше принимаемой частоты. В результате, сигналы несущих звуков и изображения оказываются перемещенными по частоте в промежуточный /ПЧ/ участок, т.е. несущая частота звука на 4,5 МГц ниже несущей частоты изображения. ПЧ частоты, используемые в Соединенных Штатах, стандартизированы в соответствии с законом и в результате ПЧ изображения и ПЧ звука для несущих сигналов составляют 45,75 и 41,25 МГц соответственно.

Как здесь, так и в формуле изобретения, термин "телевизионный приемник" означает включение всех предназначенных устройств, независимо от того, обеспечено или нет наличие дисплейного устройства, например, телевизоров и видеомагнитофонов.

Для последующей обработки ПЧ сигнала, создаваемого смесителем, применялось определенное число альтернатив. В обычной одноканальной системе, часто используемой в монохромных телевизионных приемниках, несущие изображения и звук обрабатываются после тюнера в общем ПЧ канале. Видеоинформация на несущей изображения является амплитудно модулированной и детектируется с помощью или амплитудного, или синхронного детектора и после этого обрабатывается в видеоканале. Чтобы восстановить частотно-модулированную звуковую информацию, две ПЧ несущие смешиваются для формирования одноканального сигнала звукового сопровождения, имеющего частоту, соответствующую разности ПЧ частот несущих. Например, для НТСЦ системы несущая 45,75 МГц изображения смешивается с несущей 41,25 МГц звукового сопровождения для формирования 4,5 МГц одноканального сигнала звукового сопровождения. Частотно-модулированный /ЧМ/ одноканальный сигнал звукового сопровождения впоследствии демодулируется ЧМ детектором для получения звуковой информации.

Одноканальная система подвержена воздействию помех и шумов в несущей 4,5 МГц сигнала звукового сопровождения, которые могут вызвать искажения или другие дефекты в воспроизводимом звуке. Некоторые формы таких помех вызываются модуляцией сигнала несущей изображения, когда он смешан с сигналом несущей звукового сопровождения. Например, полная частотная характеристика ПЧ секции изображения телевизионных приемников рассчитана так, чтобы приспособить модуляцию частично подавленной боковой полосы несущей изображения для передачи. Как хорошо известно, характеристики типичного приемника проявляют приблизительно линейный спад затухания /иногда называемый "спадом Найквиста"/ с несущей частотой изображения, расположенной на спаде 6 дБ вниз по отношению к участку нижней боковой полосы частот. В результате сигналы нижней и верхней боковой полосы асимметрично затухают в соответствии с характеристиками спада Найквиста. Известный эффект этой асимметрии боковых полос заключается в порождении нежелательного феномена, известного как побочная фазовая модуляция несущей /ICPM/ в сигнале несущей изображения, которая может вызвать в воспроизводимом звуковом сигнале неприятное "жужжание".

Другие ICPM искажения могут быть вызваны различными источниками, создающими эффект наложения нежелательной видеочастотной модуляции на несущую изображения, каковая фазовая модуляция впоследствии преобразуется в 4,5 МГц одноканальный сигнал звукового сопровождения в приемнике и также проявляется в "жужжащих" искажениях воспроизводимого звукового сигнала для частот с фазовой модуляцией.

Многоканальный звук для стереофонической /стерео/ и двуязычной передачи телевизионных программ вызывает использование одной или более звуковых поднесущих для формирования составного звукового сигнала. Составной звуковой сигнал делает желательным, чтобы ширина полосы телевизионного звукового сигнала была увеличена приблизительно до 90 кГц или более по сравнению с шириной полосы в 15 кГц для монофонической звуковой программы. В результате, звуковое жужжание, создаваемое в канале обработки звукового сигнала, имеет тенденцию быть более сильным в стереофонических приемниках, чем в монофонических приемниках. Кроме того, звуковые детекторы более чувствительны к помехам на более высоких звуковых частотах.

Альтернативные системы разделения звука, например системы "звука с разделенной несущей" и "квазипараллельного звука", применялись для преодоления проблемы жужжания Найквиста. В системах звука с разделенной несущей сигнал несущей изображения после смесителя обрабатывается отдельно от сигнала несущей звукового сопровождения для получения видео- и звуковой информации. Для детектирования звука используется одноканальный метод. Система фазовой автоматической автоподстройки частоты /ФАПЧ/ обеспечивает спектрально чистую гармоническую волну, имеющую частоту и фазу ту же самую, что и несущая изображения, для смешивания с ПЧ несущей звукового сопровождения. Однако, ФАПЧ относительно дорога для исполнения, и схема требует дополнительных усилителей и резонансных контуров, а также более дорогого чипа интегральной схемы. В этой системе звуковой канал вообще не смешивается с модулированной несущей изображения и, следовательно, звуковое жужжание из-за ICPM Найквиста так же, как и из-за других причин жужжания значительно уменьшено.

В так называемой "квазипараллельной" системе видео- и звуковой сигналы усиливаются и демодулируются отдельно в различных каналах. В звуковом канале ПЧ несущая изображения дополнительно отдельно обрабатывается с характеристикой без Найквист-спада и смешивается с ПЧ сигналом несущей звукового сопровождения для формирования одноканального 4,5 МГц сигнала звукового сопровождения. Одноканальный сигнал звукового сопровождения впоследствии демодулируется для получения звукового сигнала, который после обработки, в конечном счете, поступает в звуковоспроизводящий громкоговоритель.

Более детально, в квазипараллельной системе звуковой канал включает в себя секцию фильтра, которая принимает несущие звукового сопровождения и изображения перед демодуляцией. Фильтр звукового канала обеспечивает вход в систему демодуляции звука, которая имеет характеристику с существенно симметричной полосой пропускания по отношению к обеим несущим частотам: звукового сопровождения и изображения и, следовательно, не подвергают несущую изображения фазовым искажениям обработки спада Найквиста, которая требуется для надлежащей демодуляции частично подавленной боковой полосы видеоинформации в видеоканале. Также требуются добавочные схемы, такие как усилители и резонансные контуры.

В обеих альтернативных системах /т.е. фазовой автоматической автоподстройки частоты в квазипараллельных системах/ часто используются фильтры на поверхностно-акустических волнах /ПАВ фильтры/. ПАВ фильтр дает преимущества с точки зрения малых размеров и выполнения воспроизводимости без необходимости настройки. Однако, ПАВ фильтры - компонент высокой стоимости и часто требуют добавочных ступеней предусилителя, чтобы компенсировать потери, вносимые ПАВ фильтром. Использование двух ПАВ фильтров - по одному в видео- и звуковом ПЧ каналах нежелательно. ПАВ фильтры годны в качестве устройств двойного канала и в качестве таковых частично полезны в приемниках, использующих квазипаралелльный ПЧ принцип. Однако, ПАВ фильтры двойного канала имеют почти двойную стоимость по сравнению со стоимостью ПАВ фильтров одиночного канала и не могут устранить необходимость добавочных компонентов для соответствующих видео- и звукового выходов.

Соответственно желательно обеспечить секцию обработки широкополосного звукового сигнала, свободную от жужжания, которая энономична в производстве, с минимальным числом ПАВ фильтров.

Краткое изложение существа изобретения.

Кратко, согласно отличительной особенности настоящего изобретения, видео ПЧ сигнал и ПЧ сигналы звукового сопротивления фильтруются ПАВ фильтром совместного пользования без требования добавочного ПАВ устройства для ПЧ обработки звукового сопровождения. ПАВ фильтр обладает частотной характеристикой полосы пропускания, не имеющей характеристики спада Найквиста, которая в противном случае создавала бы ICPM. Вход секции обработки звукового сопровождения соединен с выходом ПАВ фильтра. Требуемый спад Найквиста для обработки видеосигнала обеспечивается режектор-фильтром. В образцовом варианте осуществления видеосигнал детектируется квазисинхронным детектором.

Описание чертежей
Для лучшего понимания настоящего изобретения может быть ссылка на прилагаемые чертежи, в которых:
Фиг. 1 - 4 - блок-схемы известных технических решений конфигураций для получения одноканальных сигналов звукового сопровождения в телевизионных приемниках.

Фиг. 5 - блок-схема, включающая отличительные особенности настоящего изобретения.

Фиг. 6 - схема контурного фильтра на 47,25 МГц фиг. 5.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления.

Фиг. 1 показывает известное техническое решение монофонической системы, включающей в себя секцию обработки одноканального сигнала звукового сопровождения. Из-за ограниченной частотной характеристики, требуемой для такой монофонической системы, "жужжание" допустимо, а ICPM, вызываемая "спадом Найквиста" и другими вызывающими ICPM причинами, легко управляема. ПЧ сигнал поступает с тюнера 10 и подается на видео ПАВ 12 или другой соответствующий усилитель с полосой пропускания промежуточной частоты, имеющий типовую характеристику 13 полосы пропускания, показанную на чертеже, и затем на видеодетектор 14, в котором видеонесущая смешивается с несущей звукового сопровождения для образования составного видеосигнала и одноканального сигнала звукового сопровождения.

Фиг. 2 показывает один пример так называемой "квазипараллельной" звуковой системы, в которой ПЧ сигнал от тюнера по 18 подается на видео ПАВ 20, имеющий стандартную характеристику полосы пропускания видео /как показано позицией 13 на фиг. 1/ и затем подается на видеодетектор 22 для детектирования видеосигнала. Чтобы избежать ICPM, сигнал звукового сопровождения обрабатывается звуковым ПАВ 24, имеющим симметричную полосу пропускания по отношению к каждой из несущих частот видео- и звукового сопровождения. Этим способом параллельный звуковой канал отдельно по полосе пропускания фильтрует сигналы несущих звукового сопровождения и изображения, чтобы избежать спада Найквиста и других проблем. Две симметричные несущие затем смешиваются в звуковом детекторе 26 для получения одноканального 4,5 МГц сигнала звукового сопровождения.

Другое приближение к получению приемлемого в смысле жужжания звука обеспечивается с помощью фазовой автоматической автоподстройки частоты /ФАПЧ/, которая обеспечивает сигнал на видеонесущей частоте, который стабилен и достаточно независим от модуляции видеонесущей. Более конкретно, фазовая автоматическая автоподстройка частоты позволяет смешивать чистый и частотно-стабильный сигнал на частоте видеонесущей, достаточно независимой от любой модуляции или фазовых эффектов благодаря спаду Найквиста или других видеомодуляций видеонесущей. В этом отношении, обратимся теперь к фиг. 3, видео ПАВ 28 фильтрует ПЧ сигнал, полученный от тюнера 29 в обычной полосе пропускания 30 спада Найквиста, требуемой для обработки видеоканалов, и такой сигнал подается на синхронный видеодетектор 31 с фазовой автоматической автоподстройкой частоты способом, аналогичным системе, показанной на фиг. 1, за исключением того, что составной видеосигнал и одноканальный сигнал звукового сопровождения получены приемлемо независимым от ICPM и видеомодуляций, поскольку сигнал на видеонесущей частоте, используемый для смешивания, получен с помощью генератора ФАПЧ, управляемого напряжения.

Еще один пример известного технического решения, использующего ФАПЧ, показан на фиг. 4, где ПЧ сигнал, полученный от тюнера 32, обрабатывается видео ПАВ 34 обычным способом и детектируется синхронным детектором 38, используя выход генератора, управляемого напряжением /ГУН/ 36 ФАПЧ, поданный на видео детектор 38 изображения для получения детектированного составного видеосигнала. Выход ГУН 36 также подается на детектор 42 звукового сопровождения и после смешивания его с модулированной несущей звукового сопровождения от звукового ПАВ 40 производит одноканальный 4,5 МГц сигнал, который детектируется на детекторе 44 звукового сопровождения.

Таким образом, фиг. 3 до 4 показывает различные известные технические решения, предназначенные, как задумано, для обеспечения широкой полосы сигнала звукового сопровождения, достаточно свободного от жужжания. В таких системах или ФАПЧ используют для получения смешанного сигнала, или сигнал звукового сопровождения обрабатывают отдельно, используя ПАВ фильтр.

Обратимся теперь к чертежу фиг. 5, на котором показаны тюнер, ПЧ и детекторные схемы телевизионного приемника, сигнал телевизионной передачи, принятый антенной 50, подается на телевизионный тюнер 51, который включает в себя ВЧ усилитель и смеситель 52 в сочетании с гетеродином 54. Тюнер 51 селективно преобразует ВЧ сигналы несущих изображения и звукового сопровождения выбранного телевизионного канала в сигналы несущих промежуточной частоты /ПЧ/, например, 45,75 и 41,25 МГц соответственно для НТСЦ системы, используемой в Соединенных Штатах.

Схемы обработки телевизионного сигнала включают в себя ПЧ фильтрующую и усиливающую секцию, в общем обозначенную как 58, и видеодетектор 60. Процессор 62 видеосигнала, чувствительный к составному видеосигналу, подаваемому по 64, создает сигнал яркости на 66 для кинескопа или электронно-лучевой трубки /ЭЛТ/ 70. На ЭЛТ 70 также подаются сматрицированные сигналы цветности /не показаны/ наряду с соответствующими сигналами отклонения /не показаны/.

При обычной характеристике одноканальной ПЧ полосы пропускания, как это предусмотрено видео ПАВ фильтром, сигнал несущей изображения расположен на 6 дБ ниже на верхнем частотном спаде, и сигнал ПЧ несущей звукового сопровождения расположен приблизительно на 20 дБ ниже на нижнем частотном спаде так, что видеоинформация частично подавленной боковой полосы может быть детектирована без значительных помех от ПЧ несущей звукового сопровождения. Это характеристика Найквиста, которая требуется для надлежащей обработки видеоинформации. ПАВ фильтр 74, используемый здесь, выдает горизонтальный отклик для видеонесущей, как показано на характеристике 72 так, чтобы не вводить "случайную фазовую модуляцию несущей Найквиста" в ПЧ несущую изображения на клемме 75 из-за ассиметричного ослабления боковых полос частот ПЧ несущей изображения, как обсуждалось выше. Как обсуждается ниже, спад Найквиста создается после точки разделения сигналов изображения и звукового сопровождения на клемме 75 фильтром 78, более подробно описанным ниже, для обработки в видео канале.

ПЧ сигнал, поданный на клемму 75, усиливается усилителем 82 ПЧ и детектируется детектором 84 звукового сопровождения путем смешивания сигналов несущих изображения и звукового сопровождения, принятых от ПАВ фильтра 74, для получения одноканального 4,5 МГц сигнала звукового сопровождения на выводе 86. Одноканальный сигнал звукового сопровождения детектируется и получающаяся в результате звуковая информация подается на процессор 88 звукового сигнала для детектирования стереофонических компонентов звукового сопровождения и подачи их на громкоговорители 90.

Более подробно, ПЧ сигнал, имеющий несущую изображения и несущую звукового сопровождения, модулированные видео- и звуковой информацией соответственно, создается на выводе 56 и усиливается ПАВ предусилителем 94, который в типичном случае обеспечивает усиление в пределах от 20 до 26 дБ компенсации больших вводимых потерь ПАВ фильтра, которые обычно составляют около 20 дБ. Усиленный ПЧ сигнал на выводе 76 затем пропускается через ПАВ фильтр 74, имеющий существенно плоскую характеристику полосы пропускания в 6 МГц.

Правильное детектирование видеосигнала требует частотную характеристику, показанную позицией 80. Выходной сигнал ПАВ фильтра 74 хорошо подходит для демодуляции звукового сопровождения благодаря плоскому отклику, не содержащему спада Найквиста, и , следовательно, не так хорошо подходит для видео. Требуемый для видео спад Найквиста обеспечивается фильтром 78, имеющим режекторный тип характеристики, который оконтуривает сигнал для получения сигнала видео для надлежащего детектирования, как обсуждается более полно ниже. ПАВ фильтр 74 также обеспечивает надежное желаемое затухание на 47,25 МГц для уменьшения взаимовлияния смежных каналов и затухание на 39,75 МГц /не показано/. Выходной сигнал от фильтра-режектора 78 подается на видео ПЧ усилитель 94, который является обычным усилителем с управляемым усилением, имеющим вход для АРУ управления усилением /не показано/.

Как обсуждалось выше, передаваемый сигнал требует определенной формы видео для надлежащего детектирования и, в частности, требует особого спада Найквиста, который имеет проблему включения "жужжания" в воспроизводимый звук. Фильтр 78 обеспечивает требуемый спад без воздействия ПЧ звукового сопровождения, которое снимается перед фильтром 78. Таким образом, фильтр 78 очерчивает характеристику видео ПЧ и обеспечивает спад Найквиста для видеоканала, но без требования отдельного ПАВ фильтра для звукового сопровождения, чтобы избежать проблемы жужжания на спаде Найквиста звукового сопровождения. Характеристика полосы пропускания фильтра 78 показана на 79, где видеонесущая на 6 дБ ниже 45,75 МГц. Дополнительно, фильтр 78 обеспечивает добавочную ступень подавления на 47,25 МГц для дальнейшего уменьшения от соседнего канала. Типичный вариант осуществления фильтра 78 есть то, что обычно называют "режектор", частотное подавление или фильтр ограничения полосы частот в зависимости от того, насколько крута кривая режекции частот на выбранной частоте режекции. В пределах рассмотрения настоящего изобретения находится то, что фильтр 78 может также быть фильтром нижних частот, обеспечивающим надлежащий спад Найквиста и затухание на 45,75 МГЦ и 47,25 МГц. Осуществление фильтра 78, показанного на фиг. 6, будет обсуждаться ниже.

Тип детектирования, показанный в типичном варианте осуществления, есть то, что обычно называют квазисинхронным или псевдосинхронным, в котором несущая изображения является амплитудно-ограниченной /не показано/ для устранения любой амплитудной модуляции, представленной на несущей и используемой в качестве опорного входного сигнала для синхронного детектора. Выходной сигнал видео ПЧ усилителя 94 подается на синхронный видеодетектор 60, в котором он смешивается с полученной несущей изображения с удаленной модуляцией /не показано/ для обеспечения составного видеосигнала на 64.

Таким образом, в итоге показано, что обработка ПЧ сигнала может быть выполнена с помощью использования только одного ПАВ фильтра для ПЧ изображения и ПЧ звукового сопровождения наряду со стратегической схемой и размещением фильтра-режектора 78, чтобы обеспечить спад Найквиста только для канала изображения.

Обратимся теперь к фиг. 6, здесь показана схема фильтра 78. Резистор 92 /50 Ом/ подключен последовательно с параллельной цепью конденсатора 94 /56 пикофарад/ и переменной индуктивности 96 /номинально 0,2 микрогенри/ между входной клеммой 91 и выходной клеммой 98. Конденсатор 100 /4,7 пикофарад/ и резистор 102 /1000 Ом/ шунтируют выходную камеру 98 на землю. Схема выполнена регулируемой для компенсации допусков в ПАВ фильтре и фильтре 78. Частотные характеристики режектора 78 и ПАВ фильтра 74 дополняют друг друга, т.е. режектор 78 может регулироваться для компенсации дефектов в частотной характеристике ПАВ фильтра, таких как спад на высоких частотах. Фильтр 78 регулируется на затухание в 6 дБ на 45,75 и для пика в области 44 МГц для улучшения точности спада Найквиста. Режектор регулируется до 47,25 МГц.

Таким образом, возможно, как показано здесь, получение свободного стереосигнала с приемлемым низким уровнем жужжания, используя более экономичные схемы, чем те, что использовались в известных технических решениях. Предложенные устройства допускают только один ПАВ фильтр /с соответствующими схемами/ в использовании и не требуют фазовой автоматической автоподстройки частоты /ФАПЧ/ синхронного детектора, что требует относительно более дорогого чипа интегральной схемы и дорогих внешних схем. Однако, необходимо заметить, что при желании ФАПЧ может быть использован. Экономится стоимость двойного ПАВ фильтра. Вдобавок, для обеспечения обычного спада Найквиста имеется лучше 47,25 МГц режекция по сравнению с обычным одиночным фильтром.

Настоящее изобретение относится к системе обработки телевизионных сигналов с низким звуковым жужанием. Как видео ПЧ сигнал, так и сигнал ПЧ звукового сопровождения фильтруются ПАВ фильтром совместного использования без требования добавочного устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ) для обработки ПЧ звукового сопровождения. Требуемый спад Найквиста видеосигнала обеспечивается контурным фильтром для применения характеристики спада Найквиста. Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, состоит в обеспечении при обработке широкополосного звукового сигнала, свободного от жужжания с минимальным числом ПАВ фильтров. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Телевизионное устройство, имеющее источник сигнала промежуточной частоты (ПЧ), включающего в себя несущую изображения и несущую звука, модулированные видео- и звуковой информацией соответственно, имеющие предварительно определенное разделение частот между ними, устройство для обработки сигнала промежуточной частоты, содержащее первое средство фильтра полосы пропускания ПЧ для фильтрации сигнала ПЧ для получения первого отфильтрованного варианта сигнала ПЧ, модулированного несущей изображения и модулированного несущей звука, второе средство фильтра ПЧ для обеспечения второго отфильтрованного варианта сигнала их упомянутого первого отфильтрованного варианта сигнала ПЧ, средства обработки видеосигнала, включающие в себя средство видеодетектора, имеющее вход, подключенный к выходу второго средства фильтра ПЧ для получения детектированного видеосигнала из второго отфильтрованного варианта сигнала ПЧ, и средства обработки звукового сигнала, включающие в себя средство детектора звукового сигнала, имеющее вход, подключенный к выходу первого средства фильтра полосы пропускания ПЧ для получения детектированного звукового сигнала разностной частоты из первого отфильтрованного варианта сигнала ПЧ, отличающееся тем, что первое средство фильтра полосы пропускания ПЧ имеет характеристику, в которой амплитуда на смежных частотах выше и ниже частоты несущей изображения по существу равны, и второе средство фильтра ПЧ имеет характеристику, в которой амплитуды на смежных частотах выше и ниже частоты несущей изображения по существу равны. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второе средство фильтра ПЧ обеспечивает режекторное затухание выбранной частоты вдоль спада полосы пропускания первого средства фильтра полосы пропускания ПЧ. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первое средство фильтра полосы пропускания ПЧ содержит ПАВ фильтр, а второе средство фильтра ПЧ содержит режектор. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второе средство фильтра ПЧ частотно очерчивает выходной сигнал второго средства фильтра ПЧ для обеспечения спада Найквиста, не обеспеченного первым средством фильтра ПЧ.