Informations- und Kommunikationstechnik

Fernsehtonverfahren

Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die wichtigsten Verfahren zur Rückgewinnung der Audiosignale aus dem analogen TV-Sendesignal. Behandelt werden das ältere Differenzträger- oder Intercarrierverfahren, das verbesserte Quasi-Paralleltonverfahren und Paralleltonverfahren sowie die gängige Methode mit dem Fernseh-Stereo-/Zweitondekoder

Der TV-Empfänger wird auf die Senderfrequenz des Bildträgers abgestimmt. Die Tonträger TT1 und TT2 sind senderseitig mit einem genau festgelegten Frequenzraster oberhalb des Bildträgers angeordnet. Alle Empfangsgeräte arbeiten nach dem Überlagerungsprinzip als ZF- oder Zwischenfrequenzempfänger. Bei der Sendersuche wird parallel zum Tunerschwingkreis ein Tuneroszillator, der oberhalb der Senderfrequenzen schwingt, so abgestimmt, dass zu jeder Zeit die Differenzfrequenz zwischen Sender und Oszillator konstant bleibt. Beide Frequenzen erfahren in einer Mischerstufe eine Amplitudenmodulation, aus der das untere Seitenband als 1. Bild-ZF ausgefiltert wird.

Fernseh-Bild-ZF

Das Bild zeigt in logarithmischer Darstellung die Durchlasskurve des Bild-ZF-Filters. Die beiden starken Absenkungen sind Frequenzfallen für den Nachbartonträger NT und Nachbarbildträgers NB des nächsthöheren Senderkanals.

Das Zwischenfrequenzverfahren hat den Vorteil, dass für alle Senderkanäle nur ein Filtertyp gleicher Bandbreite benötigt wird. Die Bandbreite des ZF-Filters ist so gewählt, dass dem Empfänger alle Bild- und Toninformationen des gewählten Senders zur Verfügung stehen. Eine weitere Trennung ist möglich, da der Ton in FM, frequenzmoduliert und die Bildinformationen in AM, amplitudenmoduliert ist. In der 1. Bild-ZF liegt der Tonträger mit seiner Bandbreite unterhalb der Bildträger-ZF.

Für den Sendekanal K9 hat der Bildträger die Frequenz 203,25 MHz. Der Tonträger TT1 schwingt bei 208,75 MHz um genau 5,5 MHz oberhalb des BT. Der Tonträger TT2 liegt noch etwas höher bei 208,992 MHz und hat damit zum TT1 einen festen Frequenzabstand von 242 kHz. Für den Kanal 9 schwingt der Tuner-Oszillatorfrequenz mit 242,15 MHz. Die Abwärtsmischung im Empfänger zur 1. Bild-ZF versetzt den Bildträger auf 38,9 MHz, den Tonträger TT1 auf 33,4 MHz und TT2 auf 33,158 MHz. Die relativen Trägerabstände zueinander bleiben in der Bild-ZF unverändert.

 

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Differenzträgerverfahren

In der Bild-ZF sind die frequenzmodulierten Tonträger enthalten. Die Videoinformationen sind auf dem Bildträger amplitudenmoduliert und lassen sich durch Demodulation am Videogleichrichter zum BAS- oder FBAS-Signal zurückgewinnen. An der gekrümmten Diodenkennlinie finden Verzerrungen statt, die einer Mischung oder Modulation entsprechen. Letztlich kann die Demodulation auch als Modulation mit der eigenen Trägerfrequenz gesehen werden. Die Bildträger-ZF bildet dabei mit den Zwischenfrequenzen der Tonträger Summen- und Differenzfrequenzen, wobei die zugehörigen Informationsbänder der TT-ZF in den neuen Modulationsprodukten erhalten bleiben. Mit der auch hier angewendeten Abwärtsmodulation entsteht eine neue ZF-Ebene für das Audiosignal.

Differenztonverfahren

Das Differenzträgerverfahren auch Intercarrier- oder Zwischenträgerverfahren genannt ist die älteste Methode zur Tonabtrennung. Wie im Bild zu erkennen ist, entsteht an der Videodiode bei Abwärtsmischung aus der 38,9 MHz BT-ZF − 33,4 MHz TT1-ZF eine neue 5,5 MHz Ton1-ZF. Die TT2-ZF liegt in der Ton-ZF Ebene dann bei 5,742 MHz. Beide Zwischenfrequenzträger sind mit den Audioinformationen frequenzmoduliert. Die Ton2-ZF enthält die Betriebsartenkennung, den Pilotton und Stereoinformationen als AM-Signale. Die bei der Videodemodulation ebenfalls entstehenden Summenfrequenzen oberhalb 70 MHz werden vom Ton-ZF Filter sicher unterdrückt.

Bei der Videodemodulation gelangen auch Bild- und Synchronsignalanteile in die Differenzfrequenz der Ton-ZF. Weil bei der FM die niederfrequenten Informationen in den Nulldurchgängen der HF-Schwingungen codiert liegen, lassen sich diese Amplitudenstörungen vor der FM-Demodulation durch Begrenzerstärker entfernen. Es schließt sich die FM-Demodulation zur Ton-NF an. Für den Stereo- und Zweitonempfang sind die noch AM modulierten Trägerinformationen bei 54,6875 kHz auszuwerten.

Das Differenzträgerverfahren hat den Nachteil, dass immer ein Bildträgerrest vorhanden sein muss, damit die Bildung der 5,5 MHz Ton-ZF sichergestellt ist. Bei schwarzer Schrifteinblendung in einen mit Spitzenweiß sehr hellen Bildteil kann es beim Wechsel zwischen Schwarz und Weiß zum Durchschwingen in den Filterkurven kommen. Fällt dabei kurzzeitig der BT aus, so stört ein sogenanntes Intercarrierbrummen das Audiosignal.

Zu den Vorteilen des Intercarrierverfahrens zählt der geringe Schaltungsaufwand. Es ist kein weiterer HF-Oszillator zur Bildung der Ton-ZF notwendig. Ebenso wirken sich Ungenauigkeiten in der Frequenz des Tuneroszillators nicht auf den Audiokanal aus. Bei einem guten Bildempfang ist auch ein guter Tonempfang zu erwarten.

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Quasi-Paralleltonverfahren

Am Ausgang der Mischstufe des Tuners wird das Bild-ZF Signal durch Oberflächenwellenfilter (OWF) für den Video- und den Audiozweig in besonderer Art aufbereitet. Im Videozweig dämpft das OWF den Ton-ZF Bereich und lässt somit nur die Bildinformationen passieren. Die sich anschließende Signalverarbeitung bleibt unverändert. Die Bild-ZF wird verstärkt und im AM-Demodulator zum FBAS-Signal demoduliert.

Das Oberflächenwellenfilter am Eingang des Tonzweigs hat Resonanzen im Bereich der ZF-Tonträger und im Bereich des ZF-Bildträgers und dämpft die dazwischen liegenden Frequenzen um rund 20 dB. Die weitere Signalverarbeitung erfolgt in integrierten Schaltungen. Das vom Filter aufbereitete Ton-ZF, Bild-ZF Signal durchläuft einen geregelten ZF-Verstärker und steuert dann einen 38,9 MHz Synchrondemodulator an. Dabei bilden sich wie beim Differenzträgerverfahren die beiden Ton-ZF-Träger mit 5,5 MHz für Ton-ZF1 und 5,472 MHz für Ton-ZF2.

QPT-Blckschaltbild

Das Ton-ZF1-Signal durchläuft ein auf 5,5 MHz abgestimmtes Keramikfilter, einen Begrenzerverstärker und wird dann zum NF Ton1 Monosignal oder dem Stereosummensignal (L + R) / 2 demoduliert. Das Ton-ZF2-Signal wird nach einem 5,742 MHz Keramikfilter ebenfalls verstärkt, in der Amplitude begrenzt und in einer auf 5,742 MHz abgestimmten FM-Demodulatorstufe zum NF Ton2 demoduliert. Das Ausgangssignal mit Mono-Ton2 oder 2 · Rechts bei Stereo und den noch modulierten Kennsignalen wird im Stereodecoder und einer weiteren Steuerlogik ausgewertet. Bei Stereo steuern die NF-Signale L und R die Ton-Endstufen an. Im Zweitonverfahren ist das Eingangssignal beider Endstufen entweder Ton1 oder Ton2.

Das Quasi-Paralleltonverfahren gleicht dem Intercarrierverfahren ohne dessen Nachteile. Durch die besondere Charakteristik des Eingangsfilters und die Verstärkung vor der Abwärtsmischung ist immer eine ausreichende Bildträger ZF-Amplitude vorhanden und die Tonträger-ZF kann nicht ausfallen. Intercarrierstörungen treten nicht auf. Der Störabstand der Tonkanäle hat sich verbessert. Für den Zweiton- und Stereoempfang ist das Quasi-Paralleltonverfahren (QPT) unbedingt notwendig. Der Sendepegel des zweiten Tonträgers ist gegenüber dem ersten Tonträger um 7 dB abgesenkt. Ohne ausreichende Verstärkung vor der Mischung zur Ton-ZF wäre keine sichere Signalverarbeitung im Quasi-Paralleltonverfahren möglich.

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Paralleltonverfahren

Es scheint das älteste Verfahren zu sein, hatte aber anfangs Probleme mit einem stabilen guten Tonempfang. Direkt nach der Tuner-Mischstufe werden die Bildträger-ZF und Tonträger-ZF getrennt. Dieses Verfahren erfordert eine besonders hohe Frequenzstabilität des Oszillators für die Mischstufe. Geringe Schwankungen der Oszillatorfrequenz machen sich im breitbandigen Videokanal kaum bemerkbar. Die gleiche Frequenzverschiebung bei der Ton-ZF führt im schmalbandigen Tonkanal zu hörbaren Qualitätsverlusten, da die Senderabstimmung auf den Bildträger erfolgt. In der Anfangszeit waren alle ZF-Filter abgleichbar mit separaten Spulen und Kondensatoren aufgebaut, deren Langzeitstabilität nicht gegeben war.

Parallelton-Blckschaltbild

Mit dem Einsatz von keramischen oder Quarzoszillatoren und Regelstufen und speziellen Oberflächenwellenfilter OWF ergeben sich stabile Frequenzen mit guter Langzeitstabilität, die eine optimale Signaltrennung ermöglichen. Bild- und Ton-ZF werden direkt parallel ohne Bildung der Differenzfrequenz verarbeitet. Eine gegenseitige Beeinflussung der Bild- und Tonfrequenzen findet nicht mehr statt. Die Bandbreite der 1.Ton-ZF erfasst beide Tonträger mit (33,4 und 33,16) MHz. Danach folgt die im QPT-Verfahren beschriebene Signalaufbereitung bis zur Ton-Endstufe.

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Fernseh-Stereoton und Zweitonverfahren

Der Tonträger TT1 ist frequenzmoduliert. Er enthält bei Mono- und Zweitonsendungen den Ton1, bei Stereosendungen das halbe Summensignal (L + R) für den Ton1. Der TT1 liegt im Abstand von +5,5 MHz zum BT. Der maximale Frequenzhub beträgt 50 kHz bei einer NF-Bandbreite von 30 Hz ... 15 kHz. Das Signal verfügt über eine Preemphasis mit 50 µs.

Ton-ZF und NF-Frequenzen

Der TT2 hat zum BT einen Abstand von +5,7421875 MHz, wobei die Differenzfrequenz beider TT untereinander mit der Horizontalfrequenz über fHor · 15,5 verknüpft ist. Der TT2 hat die gleichen Modulationsdaten wie TT1. Bei Monosendungen enthält er das Monosignal Ton1, bei Stereo die Informationen des R-Kanals und im Zweitonverfahren das Monosignal Ton2 zusätzlich ein amplitudenmoduliertes Signal mit der aktuellen Betriebsartkennung.

Im TT2 befindet sich die Pilotträgerfrequenz, die mit 54,6875 kHz ±5 Hz dem 3,5-fachen der Zeilenfrequenz entspricht. Der Träger ist mit Kennfrequenzen amplitudenmoduliert. Der Modulationsgrad beträgt 50%. Bei Monosendungen hat die Kennfrequenz 0 Hz, bei Stereo fHor/133 ≈ 117,5 Hz und bei Zweitonsendungen fHor/57 ≈ 274,1 Hz. Im Normalfall wird der Pilotträger von der Horizontalfrequenz synchronisiert. Der Frequenzhub des modulierten Pilotträgers beträgt ±2,5 kHz.

Nach der FM-Demodulation der beiden Tonträger filtert ein Hochpass aus dem Ton2-Signal den modulierten Pilotton aus. Bei Monosendungen ohne Zweitonverfahren liefert der AM-Demodulator kein NF-Ausgangssignal. Stereosendungen liefern ein Kennsignal mit 117,5 Hz, während bei Zweitonsendungen das Kennsignal 274,1 Hz aufweist. Mit diesen Kennsignalen wird eine Schaltmatrix betrieben.

Stereo-Zweiton-Blockschaltbild

Beide Ton-NF-Signale durchlaufen noch die Deemphasis, Tiefpässe mit 50 µs. Das Stereosignal für den Linkskanal entsteht aus dem zweifach verstärkten Summensignal und dem integrierten R-Signal in der Addierstufe. In der Schaltmatrix sind von Stereo-Kennsignal die Signalwege A, B und C geschlossen und die Verstärker erhalten das Stereo-L-Signal oben und Stereo-R-Signal unten.

Bei Monosendungen ohne Zweiton sind beide Tonträger mit dem Monosignal Ton1 moduliert. Die Schaltmatrix im Blockschaltbild hält die Signalwege A und D geschlossen, wodurch beide Endstufen mit dem gleichen Signal in Mono versorgt werden. Bei erkannten Zweitonsendungen kann entweder Ton1 oder Ton2 als Monosignal an die Endstufen geschaltet werden. Zweiton1 entspricht dem Monosignal Ton1. Mit einer aufwendigeren Schaltmatrix können die Zweitonsignale auch einzeln auf getrennte Ausgänge für Laufsprecher und Kopfhörer geschaltet werden.