DE4499551C1 - Verfahren zur Rauschunterdrückung und Rauschunterdrückungsschaltung für Videorecorder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rauschunterdrückung in aufgezeichneten und wiederzugebenden Luminanzsignalen, bei dem ein gestörter Frequenzbereich des Luminanzsignals ausgefiltert und zur Bildung eines Subtraktionssignals begrenzt wird und das Subtraktionssignal vom Luminanzsignal subtrahiert wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Rauschunterdrückungsschaltung für Videorecorder, in der das von einem Aufzeichnungsträger ab­ genommene Videosignal als Luminanzsignal in einem Luminanzkanal und als Chromasignal in einem Chromakanal zur Wiedergabe aufbe­ reitet wird, wobei aus dem Luminanzsignal in einem Nebenzweig, bestehend aus einem Filter und einem Begrenzer, ein Subtrak­ tionssignal gebildet wird, das einer Subtraktionsstufe im Lumi­ nanzkanal zum Zwecke der Unterdrückung eines Störungen verur­ sachenden Frequenzbereichs zuführbar ist.

Es ist bekannt, daß die von einem Videorecorder wiedergegebenen Signale aufgrund von Störungen eine merklich reduzierte Qualität aufweisen. Bekannte Videorecorder weisen daher sowohl in hori­ zontaler als auch in vertikaler Richtung wirkende Rauschunter­ drückungsschaltungen auf. Wesentlich störende Frequenzanteile entstehen im frequenzmodulierten Luminanzsignal durch nichtli­ neare Verzerrungen bei der magnetischen Aufzeichnung der Lumi­ nanz-(Y)- und Chroma-(C)-Signale, die nach der anschließenden Frequenzdemodulation im Y-Nutzsignal erscheinen. Beispielsweise sind die auffälligsten Störungen bei der VHS-Aufzeichnung von PAL-Signalen bei 1,25 MHz (entsprechend dem doppelten des her­ untergemischten amplitudenmodulierten Chromasignalträgers (627 kHz)) zu finden. Die bekannten Rauschunterdrückungsanordnungen weisen daher eine "Frequenzfalle" bei 1,25 MHz auf, um die un­ erwünschten Frequenzanteile zu unterdrücken. Hierfür wird in einem Nebenzweig des Luminanzkanals das Luminanzsignal bei 1,25 MHz ausgefiltert und einer Begrenzung unterworfen. Die Ausfilte­ rung geschieht dadurch, daß das Luminanzsignal ein Hochpaßfilter durchläuft, dann begrenzt wird und anschließend einer Tiefpaß­ filterung unterzogen wird. Hochpaßfilter und Tiefpaßfilter bil­ den zusammen die Grenzen eines Bandpasses. Der Begrenzer wird für große Luminanzsignalpegel wirksam, so daß das in dem Neben­ zweig gebildete Subtraktionssignal gegenüber dem Luminanzsignal eine relativ geringere Amplitude hat, wenn der Luminanzsignalpe­ gel hoch ist. Ist der Luminanzsignalpegel hingegen klein, wird der Begrenzer praktisch nicht wirksam, so daß eine starke Wirk­ samkeit der Subtraktion bei 1,25 MHz auftritt.

Diese bekannte Rauschunterdrückungsschaltung weist den Nachteil auf, daß aufgrund der starken Unterdrückungswirkung bei 1,25 MHz insbesondere auch Nutzsignalanteile kleiner Amplitude (Detailin­ formationen) unterdrückt werden, so daß die Rauschunterdrückung stets mit einer Verminderung der Detailinformationen einhergeht.

Durch EP-A-0 464 772 ist es bekannt, den Begrenzerpegel in dem Nebenzweig in Abhängigkeit von dem detektierten Pegel des Chro­ masignals und des detektierten Pegels des FM-Signals zu beein­ flussen. Ein hoher Chromasignalpegel führt dabei zu einer Erhö­ hung der Begrenzerschwelle, während ein hoher Pegel des FM- Signals zu einer Absenkung der Begrenzerschwelle führt.

Die Veränderung des Begrenzerpegels führt zu dem unerwünschten Ergebnis, dass bei einer Erhöhung des Begrenzerpegels nicht in jedem Fall auch das Rauschen entsprechend ansteigen muss. Bleibt das Rauschen unverändert, führt die Erhöhung des Begrenzerpegels lediglich dazu, dass überproportional Nutzsignaleanteile aus dem Luminanzsignal subtrahiert werden.

In der EP-OS 137 994 A2 ist eine Rauschunterdrückungsschaltung beschrieben, durch die Rauschen aufgrund Überlagerung des Chro­ masignales im Luminanzsignal unterdrückt wird. Hierzu wird ein Differenzsignal des Luminanzsignals zu einem zeitlich verzöger­ ten Luminanzsignal gebildet. Das Differenzsignal wird bandpass­ gefiltert und begrenzt. Der Pegel des resultierenden bandbe­ grenzten Signals wird proportional zum Pegel des Chromasignals angepasst und als Korrektur-Subtraktionssignal von einem verzö­ gerten frequenzmodellierten Luminanzsignal subtrahiert. Die Kor­ rektur mit dem nicht korrellierten Differenzsignal führt zu ei­ ner schlechten Wiedergabequalität der Kanten des Luminanzsig­ nals, die verschwommen dargestellt werden.

Ausgehend von der Problemstellung, die Detailinformationen so­ weit wie möglich zu erhalten, ist das Verfahren der eingangs er­ wähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Pegel des Subtraktionssignals nach der vorgenommenen Begrenzung in Abhängigkeit von dem Pegel des zugehörigen Chromasignals und/oder des vom Aufzeichnungsträger abgenommenen FM-Signals variiert wird und der ausgefilterte Frequenzbereich variierbar ist.

Ausgehend von der genannten Problemstellung ist ferner die ein­ gangs erwähnte Rauschunterdrückungsschaltung erfindungsgemäß da­ durch gekennzeichnet, daß der Pegel des Subtraktionssignals nach dem Durchlaufen des Begrenzers in Abhängigkeit von dem Pegel des Chromasignals und/oder des FM-Signals variierbar ist und dass mit dem Pegel des Subtraktionssignals auch der Durch­ lassbereich des Filters variierbar ist.

Die dem Verfahren und der Schaltung zugrundeliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Unterdrückung der Störung im Luminanzsignal, verursacht durch das Chromasignal, nur in be­ stimmten Signalkonstellationen in voller Schärfe erforderlich ist, während in anderen Signalkonstellationen eine geringere Unterdrückung der Störungen - und damit auch der feinen Detail­ informationen - ausreicht. Erfindungsgemäß wird der ausgefilter­ te Frequenzbereich des Luminanzsignals der Begrenzung unterwor­ fen, wobei die Schwelle des Begrenzers so eingestellt wird, daß der Rauschanteil möglichst vollständig erfaßt wird. Der Pegel des so gebildeten, die Rauschanteile enthaltenden Subtraktions­ signals wird dann in Abhängigkeit von dem Pegel des Chroma­ signals bzw. des FM-Signals variiert.

Weist das wiederzugebende Videosignal keinen oder nur geringen Farbanteil auf, ist also der Pegel des Chromasignals gering, ist regelmäßig keine scharfe Ausblendung des 1,25 MHz-Bereichs aus dem Luminanzsignal erforderlich. In diesem Fall wird daher das im Nebenzweig gebildete Subtraktionssignal in seiner Amplitude verringert, so daß eine geringere Beeinflussung des Luminanz­ signals entsteht. Ist hingegen das Chromasignal gesättigt, wird ein maximaler Pegel des Subtraktionssignals auf den Subtrahierer geleitet, so daß eine maximal scharfe Ausblendung des 1,25 MHz- Bereichs vorgenommen wird.

Der Pegel des FM-Signals ist ein Maß für die Qualität der aufge­ zeichneten Information, z. B. für die Güte des Videobandes. Ein schlechtes Videoband, das zu einem starken Verrauschen des wie­ derzugebenden Signals führt, erfordert auch eine starke Rausch­ unterdrückung. Ein geringer Pegel des FM-Signals erfordert daher eine relativ hohe Amplitude des Subtraktionssignals. Ist hinge­ gen die Aufzeichnung von sehr guter Qualität, entsteht ein hoher FM-Pegel, der eine Verringerung der Amplitude des Subtraktionssignals, also eine verringerte Beeinflussung des Luminanzsignals erfordert.

Beide Einflußmöglichkeiten auf die variable Rauschunterdrückung können miteinander kombiniert werden.

Die erfindungsgemäße Beeinflussung des Subtraktionssignals nach dem Durchlaufen des Begrenzers führt dazu, daß das Subtraktions­ signal im wesentlichen durch Rauschkomponenten gebildet wird und von bestimmenden Anteilen des Nutzsignals weitgehend freigehal­ ten werden kann.

Neben der Beeinflussung des Pegels des Subtraktionssignals wird auch der Durchlaßbereich des Filters für das Luminanzsignal im Nebenzweig variiert. Hierdurch läßt sich die Rauschunterdrückung mehrfach ausnutzen. Insbesondere kann der Tatsache Rechnung ge­ tragen werden, daß Störungen des Nutzsignals in verschiedenen Frequenzbereichen erfolgen können, wobei die Frequenzbereiche hinsichtlich ihrer Priorität geordnet werden können. Liegt eine Störung in dem Frequenzbereich mit höchster Priorität nicht vor, was durch eine eigene Detektion oder aufgrund einer festgestell­ ten Konstellation für die Pegel des Chroma- bzw. des FM-Signals feststellbar ist, kann die Rauschunterdrückung auf den Frequenz­ bereich mit der nächsten Priorität ausgerichtet werden.

Die Erfindung wird mit bevorzugten Ausführungsformen im folgen­ den anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Rauschunterdrückungsschaltung

Fig. 2 Beispiele für Frequenzcharakteristiken der Schaltung gemäß Fig. 1

Fig. 3 ein modifiziertes Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zur Ermöglichung einer Beeinflussung des ausge­ filterten Frequenzbereichs

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltung gemäß Fig. 3 für die Steuerung der Rauschunterdrückung in Abhängigkeit vom Pegel des Chromasignals

Fig. 5 Frequenzcharakteristiken für die Rauschunter­ drückung für zwei verschiedene Zustände der Schaltung gemäß Fig. 4

Fig. 6 eine schematische Kurvendarstellung für die gleichzeitige Beeinflussung des Pegels des Sub­ traktionssignals und des Durchlaßbereichs in dem Nebenzweig.

Fig. 1 zeigt einen Luminanzkanal 1, auf dem ein ankommendes Luminanzsignal Y_in übertragen und als Ausgangs-Luminanzsignal Y_out weitergeleitet wird. In den Luminanzkanal 1 ist eine Subtrak­ tionsstufe 2 eingeschaltet.

Das Eingangs-Luminanzsignal Y_in gelangt in einem Nebenzweig 3 auf eine Serienschaltung eines Hochpaßfilters 4, eines Begrenzers 5 und eines Tiefpaßfilters 6. Diese Anordnung stellt eine herkömm­ liche Rauschunterdrückungsschaltung dar, durch die ein Subtrak­ tionssignal 7 erzeugt und auf die Subtraktionsstufe 2 geleitet wird.

Hochpaßfilter 4 und Tiefpaßfilter 6 bilden gemeinsam eine Band­ filterstruktur. Der Begrenzer 5 sorgt für einen verminderten relativen Einfluß des Subtraktionssignals 2 auf das Luminanz­ signal Y für den Fall hoher Luminanzsignalpegel.

Zur Realisierung der vorliegenden Erfindung ist in der Schaltung eine Multiplikationsstufe 8 vorgesehen, durch die der Pegel des Subtraktionssignals 7 variiert werden kann. Diese Variation wird durch ein Ausgangssignal eines Controllers 9 gesteuert, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Eingänge aufweist.

Ein Eingang des Controllers 9 ist mit dem Ausgang eines Gleich­ richters 10 verbunden, dem das Chromasignal C zugeführt wird. Der Gleichrichter 10 stellt den Pegel des Chromasignals C fest und der Controller 9 erkennt insbesondere, ob das Chromasignal gesättigt ist oder einen verringerten Pegel aufweist.

Der ändere Eingang des Controllers 9 ist mit dem Ausgang eines weiteren Gleichrichters 11 verbunden, dem das vom Band abgenom­ mene FM-Signal FM zugeführt wird. Der Pegel des FM-Signals ist ein Maß für die Aufzeichnungsqualität und läßt auf die Verrau­ schung des Luminanzsignals Y schließen. Ein geringer Pegel des FM-Signals wird durch den Controller 9 so ausgewertet, daß das Subtraktionssignal 7 durch die Multiplikationsstufe 8 jedenfalls nicht verringert wird.

Tendenziell führen daher ein hoher Pegel des Chromasignals C und/oder ein niedriger Pegel des FM-Signals FM zu einem maxima­ len Pegel des Subtraktionssignals 7, das der Subtraktionsstufe 2 zugeführt wird.

Fig. 2 verdeutlicht das resultierende Frequenzverhalten der dargestellten Rauschunterdrückungsschaltung. Für ein gutes Band (hoher FM-Pegel) und einen geringen Farbanteil (niedriger Pegel des Chromasignals C) wird eine nur schwache Kompensation wirk­ sam, die zu der Frequenzcharakteristik a in Fig. 2 führt.

Wird bei einem geringen Chromaanteil, also der Darstellung eines wenig farbigen Bereichs, ein schlechtes Band verwendet, das zu einem geringen FM-Pegel führt, entsteht eine gewisse Beeinflus­ sung des Luminanzsignals in dem Frequenzbereich um 1,25 MHz her­ um, wie sie in der Kurve b in Fig. 2 dargestellt ist.

Eine Farbsättigung, also ein maximaler Pegel des Chromasignals C, führt zu einer starken Wirksamkeit der Rauschunterdrückung, also zu einer starken Unterdrückung des Frequenzbereichs um 1,25 MHz des Luminanzsignals Y, wie dies in der Kurve c in Fig. 2 dargestellt ist.

Für den Fall, der der Kurve a in Fig. 2 entspricht, ist eine Rauschunterdrückung nicht erforderlich. Sie ist daher durch die erfindungsgemäße Schaltung auch nicht wirksam, so daß für diesen Fall maximale Details des Luminanzsignals wiedergegeben werden.

Eine gewisse Reduzierung der Detailwiedergabe erfolgt bei­ spielsweise bei der Verwendung eines schlechten Videobandes, wie dies durch die Kurve b charakterisiert ist. Für farbgesättigte Bereiche findet eine starke Unterdrückung des Bereiches um 1,25 MHz statt, da für diese Signalkonstellation eine Wiedergabe von feinen Details sowieso nicht sinnvoll ist. In diesem Fall, für den eine Störunterdrückung dringend benötigt wird, muß daher auch die Verringerung der Detailwiedergabe in Kauf genommen wer­ den.

Fig. 3 verdeutlicht eine Variation der Schaltung gemäß Fig. 1, bei der der Controller 9 nicht nur durch Steuerung der Multipli­ kationsstufe 8 den Pegel des Subtraktionssignals 7, sondern auch die Grenzfrequenzen der Filter 4, 6 beeinflussen kann, so daß, neben dem Pegel des Subtraktionssignals auch der Frequenzbe­ reich, in dem eine Rauschunterdrückung stattfindet, variiert werden kann.

Fig. 4 zeigt eine Prinzipdarstellung einer konkreten Ausfüh­ rungsform der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3, bei der das Chromasignal C in der Pegelerkennungsstufe 10 einem gleichrich­ tenden Verstärker 12 und anschließend einem integrierenden Tief­ paßfilter 13 zugeführt wird. Mit dem so gewonnenen Steuersignal wird in einer kombinierten Controller-Multiplikatorstufe 8, 9 ein spannungsgesteuerter Widerstand 14 gesteuert, der in Serie mit einem Kondensator C1 parallel zu einem Tiefpaßkondensator 15 im Tiefpaßfilter 6 liegt. Durch Variation des variablen Wider­ standes 14 wird somit die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 6 be­ grenzende Flanke verändert, wodurch sowohl der Pegel des Sub­ traktionssignals 7 als auch die Frequenz des ausgefilterten Fre­ quenzbereichs aus dem Luminanzsignal 1 verändert wird.

Fig. 5 zeigt, daß für zwei unterschiedliche Chrominanzpegel auf der Mittenfrequenz f_M1 eine geringere Rauschunterdrückung (mit der Amplitude A1) vorgenommen wird als für eine Mittenfrequenz f_M2, wo die verbleibende Amplitude A2 geringer ist.

Fig. 6 verdeutlicht den Mechanismus der Schaltung gemäß Fig. 4. Das Hochpaßfilter 4 wird nicht beeinflußt, so daß die Charak­ teristik des Hochpaßfilters HPF konstant bleibt. Durch den va­ riablen Widerstand 14 wird die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters verändert, was in Fig. 6 für einen Fall durch LPF1 und für ei­ nen zweiten Fall für LPF2 dargestellt ist. Zusammen mit der kon­ stanten Charakteristik des Hochpaßfilters HPF wird somit ein Bandpaß ausgebildet, dessen Mittenfrequenz in dem einen Fall FM1 und in dem anderen Fall FM2 ist. Hierzu gehören die Amplituden A'₁ und A'₂ für das Subtraktionssignal A' (f). Das größere Sub­ traktionssignal A'₂ führt somit zu einer stärkeren Einsattlung bei der Frequenz FM2, also zu der kleineren Amplitude A₂ des Lu­ minanzsignals nach dem Verlassen der Rauschunterdrückungsstufe.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Verringerung der Detailwiedergabe nur dann vor­ genommen wird, wenn die Störunterdrückung auch benötigt wird, während in anderen Fällen die Detailwiedergabe nicht oder nur wenig beeinträchtigt wird.

Darüber hinaus läßt sich die erfindungsgemäße Schaltungsanord­ nung mehrfach ausnutzen, indem auch die herausgefilterte Frequenz für das Subtraktionssignal variierbar ist.

Claims (13)

1. Verfahren zur Rauschunterdrückung in aufgezeichneten und wie­ derzugebenden Luminanzsignalen, bei dem ein gestörter Frequenzbereich des Luminanzsignals ausgefiltert und zur Bil­ dung eines Subtraktionssignals begrenzt wird und das Subtrak­ tionssignal vom Luminanzsignal subtrahiert wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Pegel des Subtraktionssignals nach der vorgenommenen Begrenzung in Abhängigkeit von dem Pegel des zugehörigen Chromasignals und/oder des vom Aufzeichnungsträ­ ger abgenommenen FM-Signals variiert wird und der ausgefil­ terte Frequenzbereich variierbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgefilterte Frequenzbereich in Abhängigkeit von dem Pegel des Chromasignals und/oder des FM-Signals variiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Beeinflussung wenigstens einer Grenzfrequenz des ausgefilterten Frequenzbereichs in Abhängigkeit von dem Pegel des Chromasignals und/oder dem FM-Signal gleichzeitig der ausgefilterte Frequenzbereich und der Pegel des Subtraktions­ signals variiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit zunehmendem Chromasignal der Pegel des Sub­ traktionssignals vergrößert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Abhängigkeit vom Chromasignal keine Reduzie­ rung des Pegels des Subtraktionssignals vorgenommen wird, wenn das Chromasignal einen Sättigungspegel annimmt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Abhängigkeit vom abgenommenen FM-Signal der Pegel des Subtraktionssignals verringert wird, wenn sich der Pegel des abgenommenen FM-Signals vergrößert.

7. Rauschunterdrückungsschaltung für Videorecorder, in dem das von einem Aufzeichnungsträger abgenommene Videosignal als Luminanzsignal in einem Luminanzkanal (1) und als Chroma­ signal in einem Chromakanal zur Wiedergabe aufbereitet wird, wobei aus dem Luminanzsignal in einem Nebenzweig (3), beste­ hend aus einem Filter (4, 6) und einem Begrenzer (5) ein Sub­ traktionssignal (7) gebildet wird, das einer Subtraktions­ stufe (2) im Luminanzkanal (1) zum Zwecke der Unterdrückung eines Störungen verursachenden Frequenzbereichs zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegel des Subtraktions­ signals (7) nach dem Durchlaufen des Begrenzers (5) in Abhän­ gigkeit vom Pegel des Chromasignals (C) und/oder des vom Auf­ zeichnungsträger abgenommenen FM-Signals (FM) variierbar ist und daß mit dem Pegel des Subtraktionssignals (7) auch der Durchlaßbereich des Filters (4, 6) variierbar ist.

8. Rauschunterdrückungsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandpaß (4, 6) auf eine Mitten­ frequenz von 1,25 MHz eingestellt ist.

9. Rauschunterdrückungsschaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenzweig (3) über eine Multiplika­ tionsstufe (8) mit der Subtraktionsstufe (2) verbunden ist und daß die Multiplikationsstufe (8) durch eine Pegelauswer­ tungsstufe (10) für das Chromasignal (C) und/oder durch eine Pegelauswertungsstufe (11) für das FM-Signal (FM) steuerbar ist.

10. Rauschunterdrückungsschaltung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Variation des Durchlaßbereichs des Fil­ ters (4, 6) mittels des Ausgangssignals der Pegelauswertungs­ stufe (10) für das Chromasignal (C) und/oder der Pegelauswertungsstufe (11) für das FM-Signal (FM) steuerbar ist.

11. Rauschunterdrückungsschaltung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mit dem Ausgangssignal der Pegelauswer­ tungsstufe (10, 11) wenigstens eine Grenzfrequenz des Filters (4, 6) so veränderbar ist, daß sowohl eine gewünschte Verän­ derung des Durchlaßbereichs des Filters (4, 6) als auch eine gewünschte Beeinflussung des Pegels des Subtraktions­ signals (7) erfolgt.

12. Rauschunterdrückungsschaltung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mit der Pegelauswertungsstufe (10) für das Chromasignal (C) ein variabler Widerstand (14) beeinflußbar ist, der in einem frequenzbestimmenden Schaltungszweig (C1, 14) des Filters (4, 6) eingesetzt ist.

13. Rauschunterdrückungsschaltung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der variable Widerstand (14) in einen Tief­ paßzweig eingesetzt ist.