Устройство для приема телевизионного сигнала в сокращенной полосе частот Советский патент 1984 года по МПК H04N7/12 

2. Устройство по П.1, о т л ичающееся 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 йходом и первым выходом интерполятора , а выход первой лини задержки и выход второй линии задержки являются соответственно вторым и третьим выходами интерполятора .

25777

3. Устройство по П.1, о т л и ч ающе ее я тем, что анализатор содержит первый компаратор, первый вход которого объединен с первым входом второго компаратора и является первым входом анализатора, второй вход объединен с вторым входом второгр компаратора и является вторым входом анализатора,, третий вход объединен с третьим -входом второго компаратора и является третЬ|Им вхо дом анализатора, а выход подключен к первому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход является выходом анализатора.

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.

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 фазовой автоподстройки частоты, блоки формирования и замети вания сигналов строчной и кадровой синхрониза1р1и Л.

Основным недостатком устройства является сложность его построения. Действительно, в данном устройстве необходимо применять преобразователь частоты, генератор на частоту ig , блок вьщеления пилот-сигнала, с помощью которого в устройстве фазовой автоподстройки частоты осуществляется жесткая синхронизация частоты и фазы колебаний частоты р приемника с частотой и фазой колебаний аналогичного генератора частоты i передатчика, специальные блоки формирования и замешивания сигналов строчной и кадаовой синхронизации и т.д.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для приема телевизионного сигнала в сокращённой Полосе частот, содержащее полосовой фильтр, к выходу которого подключены две последовательные цепи, первая из которых состоит из

первого демодулятора, первого фильтра нижних частот и блока замешивания синхросигнала, выход которого является выходом устройства, а вторая цепь - из второго демодулятора, второго фильтра нижних частот и амплитудного селектора, выход которого подключен к второму входу блока замещивания синхросигнаЛ-а 2J .

Основным недостатком.известного устройства является существенное ухудшение помехозащищенности (отнощения сигнал/щум) на выходе приемного устройства по сравнению с помехозащищенностью сигнала на выходе датчика телевизионного .сигнала (телевизионной передающей камеры). Объясняется это тем, что щум имеет не дискретный, как полезный видеосигнал, а непрерывный спектр, поэтому при перенесении сигнала и шума в область частоты i о и суммировании с исходным сигналом высокочастотные ,и низкочастотные составляющие шума неперемежаются, а накладываются друг на друга, что не дает возможность их разделитьJ кроме того, если сигнал в одной и той же строке для двух соседних кадров практически одинаков (вьюокая межкадровая корреляция), то шум в соседнем кадре практически не коррелирован. Поэтому в спектре видеосигнала, полученного усреднением одной строки двух соседних кадров, практически отсутствугот комбинационные составляющие, преобрз зованные в область частоты Q И остаются только составляющие видеоспектра и составляющие, преобразованные в область частоты 2f- (последние подавляются фильтром низких частот).

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

Таким образом, в сравнении с сигналом датчика сигнал на выходе известного устройства дополнительно зашумливается комбинационными составляющими щума, образованными за-счет преобразования в область частоты 0 . При этой в область нижних .частот видеоспектра попадают высокочастотные составляющие исходного шума.

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

Цель изобретения - повьшгение помехозащищенности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для приема , телевизионного сигнала в сокращенной полосе частот, содержащее последовательно соединенные полосовой фильтр и демодулятор, а также фильтр нижних частот, введены линия задержки, интерпопятор, 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 трети выходы которого подключены соответственно к второму и третьему входам анализатора.

При этом интерполятор содержит последовательно соединенныз первую линию задер::ски, 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/1ИНИИ 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 компа-. ратора и является третьим входом анализатора, а выход подключен к пер вому входу элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго компаратора, а выход является выходо анализатора..

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

Устройство сод;ержит полосовой фильтр 1, демодулятор 2, линию 3 задержки, интерполятор 4, коммутатор 5, сумматор 6, фильтр 7 нижних частот, анализатор 8. Интерполятор 4 содержит первую 9 и вторую 10 линии задержки и сумматор 11. Анализатор 8 содержит первый 12 и второй 13 компараторы и элемент ,ИПИ 14.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал, передаваемый на несущей частоте. , удовлетворяющий условиям

ctp

Fe io 2FftH l2i + 0-2F- верхняя частота спектра видеосигнала

частота строчных синхроимстр. пульсов видеосигнала. уплотненный за счет перемежения высокочастотных и низкочастотных составляющих и вследствие этого имею щий сокращенную полосу частот, пост пает на вход полоссзвого фильтра 1 . .Полосовой фильтр 1 дополнительно ограничивает спектр входного сигнал в области верхних и нижних частот, что повышает защищенность сигнала от внешних флюктуационных шумов, ни кочастотных помех и наводок. После прохождения через демодулятор 2 и л :.нию 3 задержки сигнал поступает на первый вход интерполятора 4, которьй формирует вспомогательные выборки, смещенные относительно основных выборок на половину периода дискретизации Ig- 1 /ig. Амплитуды этих . вспомогательных выборок определенны образом связаны с амплитудами ближа ших трех соседних выборок. Формиров ние интерполирующих выборок произво дится в интерполяторе 4 с помощью первой 9 и второй 10 линий задержки и сумматора 11. Первая линия 9 задержки, так же как и линия 3 задерж ки, имеет время задержки, равное Тег/2, вторая линия 10 задержки имее время задержки, равное . Сигнал н ВЕЛсоде сумматора 11 получается за счет сложения выборок с выходов демодулятора 2, первой 9 и второй 10 линий задед жки. Если присвоить трем соседним выборкам на выходе де модулятора №№ 1,2,3, а их амплиту дам - значения И,, (3 интер полируемая выборка, размещаемая посредине между выборками №№ 2 и 3, имеет амп.питуду. . Uo, Это вьражение получено из условияУ что в-момент времени ij мгновенное эначё1Шё видеосигнала точно рав но амплитуде выборки № 2 , а в, интервале t, мгновен нее значение видеосигнала Utt) может быть аппроксимировано выра жением . 777 Mi} U,-U, d llttl U, + U,-202 citU; , Совокупность линий 3 задержки, интерполятора 4 и сумматора 6 может быть представлена как некоторьй ли нейный фильтр, который имеет амплитудно-частотную характеристику коэффициента передачи К (Ы), описываемую выражением Очевидно, линейный фильтр с такой характеристикой осуществляет, существенное подавление мощности жуыа, причем подавляется не только избыточный шум, обусловленный преобразованием в области f ио 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) выигрьш составляет 1,3-2,5 дБ. Если же, сравнивать с отношением сигнал/взвешенный шум, получаемым ни выходе известного устройства, то вьигрьш в предлагаемом устройстве составит от 3,4 дВ 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 изображения на выходе стройства. Действительно, если изенение видеосигнала между выборкаи мало, то интерполируемая выборка удет близка (равна) точному значеию выборки видеосигнала, получаемов следующем кадре этой строки. сли же изменение U(t) велико, то нтерполируемая выборка будет значиельно отличаться от истинной выборки соседнего кадра и ее появление ухудшает качество передачи видеосигнала. С целью устранения этого дефекта в устройство введен анализатор 8, который определяет в применяемом видеосигнале участки с повышенным уровнем высокочастотных компонентов (крутые фронты, мелкие одиночные детали, высокочастотные групповые структуры и т.д.) и на время появления этих участков отключает дополнительный сигнал С вькода интерполятора 4. Отключение производится с помо щью коммутатора 5, на управляющий вход.которого поступает сигнал с анализатора 8. Таким образом, подавление шумов производится на участках изображения с медленно изменяющейся яркостью, где они наиболее заметны, и не производится на границах перепадов яркости и мелких деталях, где замет.ность шумов существенно меньще. , Учитывая, что передача фронтов и меп ких деталей составляет не более 1,52% всего времени передачи изображени 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 сиг налы с выхода демодулятора 2, с второго выхода интерполятора 4 (выхода 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: - пер( LA ВЫЙ компаратор 12: если -т-p JtИли 1 U-i I jU-i - U|| v2 U|U2, TO сигнал на его выходе равен .1, в противном слу- - второй компаратор 1 Т:, Ui + и, - 2Ui |и, + 2(1 -t-ua u (i «- Uiy 2(J - &5)U2 TO сигнал на ег выходе равен 1, в противном случае - О.. - . Здесь Д, и и, - некоторые условгные пороги срабатывания первого и второго компараторов 12 и 13. Указанные алгоритмы работы компа раторов и13 выбраны такими, что бы осуществлять отслеживание за относительным изменением первой и 1 77.8 второй производной видеосигнала (c)U/(jt и ) во время каждой выборки. Если относительное изменение первой или второй производной превышают соответствующий порогу, / или Д„, то срабатывает первый или второй компараторы 12 или 13, на выходе элемента ИЛИ 14 появится сигнал логической 1 ri коммутатор 5, который подавляющую часть времени открыт, закроется, при этом прекратится поступление интерполирующих выборок с интерпопятора 4. Наличие двух компараторов- 12 и 13 существенно повьшает надежность анализа и уменьщает ложное срабатывание анализатора 8. Выбор порогов срабатывания обоих компараторов 12 и 13 производится в следующем порядке. Выбирается граничная частота Fj, , для которой спад АЧХ устройства с включенным интерполятором 4 не превышает заданной величины (обычно не более 5-10%). Выбирается пороговый контраст Ь пор для детали изображения, длительность которой в видеосигнале составляет 1/2 (нетрудно показать, что такая деталь имеет угловой размер .в минутах порядка 1200 ), рассчитывается максимальное относительное значение первой СР, и второй (fjj, производной сигнала на частоте Pj; I D(tOp « (TT /Si 2 PJiol 3 . V °пор) (-bcosS-SFvliol принимается А, ср,„ , uj Cf,« Если u,Cf4jM., Л 2 VjM, то все , различимые по контрасту элементы изображения, спектр которых выше F(i (групповые структуры с частотой Р FX , фронты и одиночные детали длительностью менее 1/2Рц ),.будут передаваться без интерполяции. Интерполироваться будут те элементы, для которых при .максимально возможном контрасте Ьдд не превьщ1аются пороги анализа t я . Для этих эле- ментов из уравнений (t,2) при ЬПОР ЬМ и А,у,„,й: определяются , граничные частоты Fjj. и . Если РК, доложить, например, что F следовательно, для всех элементов, спектр которых ниже PVA, интерполяция будет производиться. Наконец;

видно, что еСть некоторый промежуточный класс элементов изображения, граничная частота спектра которых находится в пределах F,,,- к рые в зависимости от контраста и взаимного расположения элементов и импульсов дискретизации, могут передаваться как с интерполяцией, так и без нее. При практической настройке порогов компараторов 12 и 13 по испытательной таблице б-ез за-. метных искажений изображения можно получить область граничных значений PI;, и FK 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 ограничения выбирается на уровне черного {видеосигнал имеет положительную полярность без потерь постоянной составляющей), поэтому анализируются только элементы видеосигнала, лежащие в области от черного до белого. Синхросигнал не анализируется (для него всегда вьшолняетсяй, поэтому при передаче синхросигнала интерполятор 4 всегда включен. В результате синхросигнал на выходе

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 формирования и замешивания синхросигнала. Поскольку дискретизация синхросигнала производится как бы с частотой 2fg для его фильтрации вполне достаточно использовать общий фильтр 7 нижних частот, который имеет частоту; среза порядка 6,0 МГц.

Основным преимуществом предоагае мого устройства является повышение помехозащищенности вьщеляемого полезного видеосигнала. Это расширяет области 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 замещивания синхросигнала известного устройства, необходимость которых в предлагаемом устройстве .отпадает .