JPH081732B2 - 信号分離回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、複数の信号が近接した周波数で多重され
ている系において、単数あるいは複数の信号をその他の
信号より分離あるいは除去する信号分離回路に関するも
のである。

［従来の技術］ ある伝送帯域を必要とする信号と、それに周波数的に
近接し時間的にその周波数が変更される信号を周波数多
重で伝送するような装置として、８ミリビデオがある。
この８ミリビデオを一例として、従来の信号分離回路の
説明を行なう。

第７図は、８ミリビデオにおける映像・音声およびパ
イロット信号の再生系ブロック図で、第８図は、周波数
スペクトラムの配置を示した図である。

第７図において、（22）は磁気テープ、（23）は再生
ヘッド、（24）はロータリートランス、（25）は再生ヘ
ッドアンプ、（26）は高域通過フィルタ、（27）は帯域
通過フィルタ、（28）は低域通過フィルタ、（29）は帯
域通過フィルタ、（30）は輝度信号処理回路、（31）は
色信号処理回路、（32）はパイロット信号処理回路、
（33）はオーディオ信号処理回路である。

また第８図は、第７図の再生ヘッドアンプ（25）の出
力部における各信号のスペクトラム分布を示している。
第８図の（16）は輝度信号、（17）はオーディオ信号、
（18）は色信号、（19）は４個の周波数 よりなるパイロット信号である。

次に動作について説明する。磁気テープ（22）に記録
された信号は、再生ヘッド（23）で検出され、ロータリ
ートランス（24）を介して再生ヘッドアンプ（25）に入
力される。再生ヘッドアンプ（25）で増幅された再生信
号（１）に含まれる各信号のスペクトラムは第８図に示
すとおりであり、この信号を（30）から（33）までの各
信号処理回路で個別に処理するために、（26）から（2
9）までの信号分離用フィルタで、信号の分離を行なっ
ている。

ここで、再生信号（１）に含まれる色信号（18）はキ
ャリア周波数が743KHzに低域変換された信号であり、−
3dB帯域は±500KHzである。一般に、変調による伝送で
はサイドバンドに情報が存在するわけであるから、その
サイドバントを良好なSN比で伝送できる帯域幅が必要
で、帯域が狭くなるようなことがあれば情報量が落ち、
映像信号では解像度が劣化してしまうことになる。８ミ
リビデオの低域変換色信号は第８図に示すように、その
下側サイドバンドはパイロット信号（19）のそれぞれの と周波数的に重なりあっている。このパイロット信号は
トラッキングサーボ用に使われているもので、１フィー
ルド（60Hz）ごとに４つの周波数がそれぞれ切換えられ
ており、時間的にみると常にどれか１つの周波数しか存
在していない。ところが色信号を抜取る帯域通過フィル
タ（27）は、色信号帯域に最も近い のパイロット信号も除去するために、第９図（ａ）に示
すごとく、急峻な減衰特性（図の実線）を持たせてい
る。このような急峻なフィルタでは、カットオフ周波数
f_b1、f_b2付近で群遅延（Gd）が非常に大きくなってしま
う。このため、色信号の位相が急激に変わるような画面
においては、遅延が大きくなってしまいリンギングを生
じる。

これを防ぐために、ある程度減衰特性を緩やかにして
（Gd）を小さくし、かつ帯域を狭くすることによりパイ
ロット信号の減衰量を十分大きくとれるようにしている
（第９図（ｂ））。

ところが、このように帯域を狭くすることによって、
色解像度は劣化し、色にじみなどの現象が生じ、再生画
像の画質を低下させてしまう。また、カットオフ周波数
をf_b1、f_b2のままにして、減衰特性を緩やかにした場合
は、パイロット信号成分の残留分がノイズとなり、色信
号にビートとなって現われる。

また、特開昭61-208670には、輝度信号に含まれるノ
イズを除去するために、減算回路とリミッタを組合わせ
た装置が提案されているが、特定の周波数のみを分離す
るようにしたものはなかった。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の信号分離回路は以上のように構成されているの
で、ある帯域幅を必要とする信号に周波数的に近接した
信号を十分除去しようとすると狭帯域化やフィルタのカ
ットオフ周波数近傍での群遅延の増大が生じ、帯域を必
要とする信号の劣化が起こる。また、群遅延の変動を抑
制し帯域を拡げようとすると、近接した信号が除去しき
れず、やはり信号の劣化を生じるという問題点があっ
た。

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、帯域を必要とする信号の帯域を確保し、群
遅延の変動を抑制できるとともに、周波数的に近接した
信号の減衰も十分に行なえる信号分離回路を得ることを
目的としている。

［問題点を解決するための手段］ ある伝送帯域を必要とする第１の信号にはこれと近接
した第２の信号の周波数の成分が混入しているから、後
者の信号を抽出して減算すればよいことになる。この発
明にかかる信号分離回路は、時間的に周波数が変更され
る信号に追従して、その信号を抽出するフィルタ手段の
共振周波数を変化させて時間的に変化される特定の周波
数の信号を抽出し、これをある帯域を必要とする信号か
ら減算したものである。そのためその特定の周波数を抽
出するフィルタと減算回路を設けた。

［作用］ この発明における時間的に周波数が変更される信号を
抽出するフィルタ手段は、変更される周波数によるレベ
ル差を予め他のフィルタ手段で生ぜしめ、そのレベル差
をリミッタ回路で検出することによりフィードバック量
を変えて、異なる周波数に対して回路の実効的な周波数
を変更させる。

［発明の実施例］ 以下この発明の一実施例を図について説明する。

第１図（ａ）はこの発明の信号分離回路のブロック図
で、（１）は再生ヘッドアンプの出力であって信号分離
回路の入力となり、（２）は第１のフィルタ手段（図に
おいては帯域通過フィルタBPF1としている）、（３）は
第１のフィルタ手段（２）の出力信号、（４）は第１の
減算回路、（５）は第１の減算回路（４）の出力信号、
（６）は第３のフィルタ手段（図においては低域通過フ
ィルタLPF2としている）、（７）は第３のフィルタ手段
（６）の出力信号、（８）は第２の減算回路、（９）は
第２の減算回路（８）の出力信号、（10）はリミッタ回
路、（11）はリミッタ回路（10）の出力信号、（12）は
第３の減算回路、（13）は第２のフィルタ手段（図にお
いては低域通過フィルタLPF1としている）、（14）は第
２のフィルタ手段（13）の出力信号、（15）は信号分離
回路の出力である。

次に本発明の動作を図について説明する。第１図
（ａ）の左端に再生ヘッドアンプからの再生出力信号
（１）が入力される。この再生出力信号の周波数スペク
トラムを第２図（ａ）に示す。ここで（16）は周波数変
調された輝度信号で８ミリビデオの場合、キャリア周波
数は4.2MHzから5.4MHzで、その両側にサイドバンド成分
が存在している。（17）はキャリア周波数fa＝1.5MHzの
周波数変調音声信号である。

（18）は低域変換されたカラー信号で、そのキャリア周
波数fcc＝743KHzで、帯域幅は−3dBのところでおよそ±
500KHzである。

の順に１フィールドごとに周波数が切換わっている。し
たがって、低域変換カラー信号の下側サイドバンドとパ
イロット信号は周波数的に重なり会っているわけであ
る。ここで、第１のフィルタ手段（２）は第２図（ａ）
の（20）に示すような帯域通過特性を持つとすると、パ
イロット信号は周波数が高いほどレベルが大きくなる。
第１のフィルタ手段（２）に入力される再生出力信号で
のパイロット信号のレベルは４周波のそれぞれで大きな
差はないが、この第１のフィルタ手段（２）によって各
周波のレベル（Eim）は第３図（ａ）の になるものとする。

また、第２のフィルタ手段（13）の特性は第２図
（ａ）の（21）に示すように低域変換カラー信号とパイ
ロット信号を包含するような特性である。

次に第１図（ａ）の第１の減算回路（４）ないしリミ
ッタ（10）で構成される回路の特性を数式をもって説明
する。ここで、リミッタ回路（10）は入力レベルが一定
と考えた場合、出力レベルが一意的に決まるので、その
ゲインＫ（Ｋは定数）で表現しても構わない。正確に
は、このリミッタ回路で波形が歪み（奇数次歪が増大す
る）、線形的取扱いはできないが、そのリミッタの出力
レベルと同等のレベルを持つ正弦波が出力されると考え
ても、近似的には問題ない。

したがって、このリミッタ回路が線形に取扱えるよう
になったので、系全体としても線形になり伝達関数を求
めることができる。第１図の（４）ないし（10）の部分
を線形表現で書き直したブロック図を第５図に示す。図
の中のG₃（ｓ）は第３のフィルタ手段（６）の伝達関数
であり、第３のフィルタ手段（６）の具体的な回路は第
４図に示す。減算回路でのゲインを１とすると、第５図
の入力Vi（ｓ）と出力Vo（ｓ）の関係を示す伝達関数
は、次の（１）式になる。

Ｈ（ｓ） ＝Vo（ｓ）/Vi（ｓ） ＝Ｋ［１−G₃（ｓ）］／［１−KG₃（ｓ）］ ……（１） G₃（ｓ）は （２）式を（１）式に代入すると Ｈ（ｓ） ＝Ｋ（s/T）²／［１−Ｋ＋（s/T）²］ ……（３） ∴|H（ｊω）｜ ＝Ｋ（ω/T）²/|−１＋Ｋ＋（ω/T）²｜ ……（４） （４）式から、共振周波数ω₀は分母＝０となる である。したがって、ω₀は第３のフィルタ手段の共振
周波数Ｔの 倍になることがわかる。Ｋはリミッタのゲインであり、
それは入力レベルによって変化するわけであるから、ω
₀は入力レベルにより制御できる。前述したように、第
１のフィルタ手段ではパイロット信号の４つの周波数の
うち、低周波ほどレベルが減衰されるので第３図（ａ）
に示すようなリミッタ特性、すなわちパイロット信号P₁
（周波 E_t4、E_t3、E_t2、E_t1を持つ折れ線特性とすると、各周波数
によってリミッタゲインＫがK₁、K₂、K₃、K₄と変化し、K₁
＞K₂＞K₃＞K₄という大小関係が生じることになる。たと
えば、第３のフィルタ手段の共振周波数 と選ぶと、パイロット信号P₄は入力レベルが大きいの
で、第３図（ａ）におけるリミッタゲインK₄をK₄≒０と
すると、前記式（４）から求めた からそのときの共振周波数ω₀₄はω₀₄≒Ｔとなる。次に
P₃は入力レベルが であるから、リミッタゲインはK₃となり、K₄より大きい
値をとり得るので、そのときの共振周波数ω₀₃は となり、P₄の場合より低い周波数に移動する。同様に、
P₂,P₁では入力レベルが小さくなりそのためＫは大きく
なるから、共振周波数は次第に低くなる。８ミリビデオ
のパイロット信号を具体例として計算してみるとP₄での
ω₀はK₄≒０であるから これがP₁では、 であるから、このときのK₁は となる。

同様にK₂、K₃はK₄より逐次大きくなるので結局、この
場合は０から0.6までの傾きを持つリミッタ（折線特
性）を実現すればよいことになる。

以上のことから、第１図の第１の減算回路（４）〜リ
ミッター（10）までの周波数特性は、パイロット信号
P₁、P₂、P₃、P₄によって第６図（ａ）に示すように、共振
周波数が変化する。それらの最大振幅はほぼ等しくする
ことができる。第４図に示すような第３のフィルタ手段
においては、そのＱ（選択度）を高くとれば（具体的に
はコンデンサＣに対するインダクタＬの値を大きくす
る）、各周波数（ω₀₁、ω₀₂、ω₀₃、ω₀₄）における半
値幅が小さくなりその共振周波数と一致したパイロット
信号のみが抜き出される。これが第１図（ａ）の（11）
となるわけで、第３の減算回路（12）において、第２の
フィルタ手段（13）の出力（14）から、そのときに出現
しているパイロット信号だけを減算することになるの
で、低域変換カラー信号の帯域を狭くしたり、群遅延を
増大させることなく、パイロット信号を十分に除去でき
るわけである。なお、上記実施例では、第２のフィルタ
手段を低域通過フィルタとしていたがこれは帯域通過フ
ィルタでもよい。

この発明の他の実施例を図について説明する。第１図
（ｂ）はそのブロック図で、（１）は再生ヘッドアンプ
の出力であって、信号分離回路の入力となり、（２）は
第１のフィルタ手段（図においては低域通過フィルタ−
LPF1としている）、（３）は第１のフィルタ手段（２）
の出力信号、（４）は第１の減算回路、（５）は第１の
減算回路（４）の出力信号、（６）は第３のフィルタ手
段（図においては低域通過フィルタLPF3としている）、
（７）は第３のフィルタ手段（６）の出力信号、（８）
は第２の減算回路、（９）は第３の減算回路（８）の出
力信号、（10）はリミッタ回路、（11）はリミッタ回路
（10）の出力信号、（12）は第３の減算回路、（13）は
第２のフィルタ手段（図においては低域通過フィルタ−
LPF2としている）、（14）は第２のフィルタ手段（13）
の出力信号、（15）は信号分離回路の出力である。

第１図（ａ）との差は、第１図（ａ）の第１のフィル
タ手段（２）が低域通過フィルタとなったことである。
このため第２の減算回路に供給される各入力の正負が反
対になる。

次にこの実施例の動作を図について説明する。第１図
（ａ）との共通部分については省略する。

第１のフィルタ手段（２）は第２図（ｂ）の（20）に
示すように、 より低いカットオフ周波数を持つため、この第１のフィ
ルタ手段（２）によって各周波のレベルは第３図（ｂ）
の になるものとする。

また、第２のフィルタ手段（13）の特性は第２図
（ｂ）の（21）に示すように、第２図（ａ）と同様であ
る。

次に第１図（ｂ）の（４）〜（10）で構成される回路
の特性は、第１図（ａ）の場合と若干異なる。第１のフ
ィルタ手段（２）の特性の変化に伴なって、第２の減算
回路（８）の入力の符号が反対になるので、リミッタ回
路（10）のゲインが変わってくる。

この場合減算回路でのゲインを１とすると、第５図の
入力Vi（ｓ）と出力Vo（ｓ）の関係を示す伝達関数は次
の（１）式になる。

Ｈ＝（ｓ） ＝Vo（ｓ）/Vi（ｓ） ＝Ｋ［G₃（ｓ）−１］／［１＋KG₃（ｓ）］ ……
（１′） G₃（ｓ）は前の実施例と同じである。

これを（１）式に代入すると Ｈ＝（ｓ） ＝−Ｋ（s/T）²／［１＋Ｋ＋（s/T）²］ ……（３′） ∴|H（ｊω）｜ ＝Ｋ（ω/T）²/|1＋Ｋ−（ω/T）²｜ ……（４′） （４′）式から、共振周波数ω₀は分母＝０となる である。したがって、ω₀は第３のフィルタ手段の共振
周波数Ｔの になることがわかる。ω₀は入力レベルにより制御でき
る。前述したように第１のフィルタ手段（２）では、高
周波ほどレベルが減衰されるので、第３図（ｂ）に示す
ようなリミッタ特 t₃、E_t2、E_t1を持つ折線特性とすると、各周波数によって
リミッタゲインＫがK₄、K₃、K₂、K₁と変化し、K₄＞K₃＞K₂
＞K₁という大小関係が生じることになる。たとえば、第
３のフィルタ手段の共振周波数 と選ぶと、パイロット信号P₁は入力レベルが大きいの
で、第３図（ｂ）におけるリミッタゲインK₁をK₁≒０と
すると共振周波数ω₀₁はω₀₁≒Ｔとなる。次に、P₂は入
力レベルがep₂であるから、リミッタゲインはK₂とな
り、K₁より大きい値をとり得るので、そのときの共振周
波数ω₀₂は となり、P₁の場合より高い周波数に移動する。同様に
P₃、P₄では入力レベルが小さくなり、そのためＫは大き
くなるから、共振周波数は次第に高くなる。８ミリビデ
オのパイロット信号を具体例として計算してみると、P₁
でのω₀はK₁≒０であるから これがP₄では、 であるからこのときのK₄は となる。同様にK₃、K₂はK₄より逐次小さくなるので、結
局、この場合は０から1.6までの傾きを持つリミッタ
（折線特性）を実現すればよいことになる。

なお、上記実施例では第１、第２のフィルタ手段を低
域通過フィルタとしていたが、これは帯域通過フィルタ
でもよく第１のフィルタ手段においては帯域通過フィル
タの高い方のカットオフ周波数を時間的に周波数が変化
する信号の最も低い周波数よりも低くすることにより同
じ効果が達成できる。

上記実施例では、除去すべき信号は時間的に単一であ
ったが複数でもよく、その場合は本発明の回路を必要な
数並列に接続すれば、複数の信号を同時に除去できる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば時間的に周波数が切
換えられる信号に追従するように、フィルタ回路の共振
周波数が変化するように構成しているので、周波数的に
近接した帯域を必要とする信号を広帯域に、しかも群遅
延の変動も小さく、かつ時間的に周波数が変化する信号
を十分減衰させて抽出する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は第１のフィルタ手段の特性の異な
るこの発明の実施例の回路ブロック図、第２図（ａ）
（ｂ）は第１図のそれぞれに対応する８ミリビデオにお
ける周波数のスペクトラム、第３図（ａ）（ｂ）は第１
図のそれぞれに対応するリミッタ回路の入出力特性図、
第４図はこの発明の一実施例の第３のフィルタ手段の具
体的回路、第５図はこの発明の一実施例の線形化した場
合の回路ブロック図、第６図（ａ）（ｂ）は第１図
（ａ）（ｂ）に対応するそれぞれの周波数特性の変化
図、第７図は従来の信号分離回路を含むVTRの再生回路
ブロック図、第８図は再生信号の周波数スペクトラム、
第９図は従来の信号分離回路の振幅および群遅延の周波
数特性図であって（ａ）は急峻な減衰特性、（ｂ）は緩
やかな減衰特性を有するものである。 図において、（２）は第１のフィルタ手段、（４）は第
１の減算回路、（６）は第３のフィルタ手段、（８）は
第２の減算回路、（10）はリミッタ回路、（12）は第３
の減算回路、（13）は第２のフィルタ手段である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ある伝送帯域を必要とする第１の信号と、
   前記第１の信号の低域側または高域側の一方に近接した
   複数の周波数を有し時間的にその周波数が切換えられる
   第２の信号が周波数多重で伝送される装置において、 前記第２の信号だけを抽出し、該第２の信号の各周波数
   成分間にレベル差を与える第１のフィルタ手段と、 前記第１の信号と前記第２の信号の双方を抽出する第２
   のフィルタ手段と、 前記第１のフィルタ手段の出力信号がその非反転入力に
   供給される第１の減算回路と、 前記第１の減算回路の出力信号が供給され、前記第２の
   信号の中で最も高い周波数または最も低い周波数にその
   共振周波数を合わせた狭帯域の周波数除去特性を持つ第
   ３のフィルタと、 前記第３のフィルタ手段の出力信号がその反転入力また
   は非反転入力に供給され、その非反転入力または反転入
   力に前記第１のフィルタ手段の出力信号が供給され、前
   記第３のフィルタ手段の出力と前記第１のフィルタ手段
   の出力との差を求める第２の減算回路と、 前記第２の減算回路の出力信号が供給され、その入力レ
   ベルに応じてそのゲインが変化するリミッタ回路と、 前記第２のフィルタ手段の出力信号から前記リミッタ回
   路の出力信号を減ずる第３の減算回路を備え、 前記リミッタ回路の出力信号を前記第１の減算回路の反
   転入力に供給し、前記第１のフィルタ手段の出力信号と
   前記リミッタ回路の出力信号との差を求めることを特徴
   とする信号分離回路。
2. 【請求項２】前記第１のフィルタ手段は、前記第２の信
   号の各周波数成分のレベルを低周波ほどまたは高周波ほ
   ど減衰させることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の信号分離回路。
3. 【請求項３】前記第３のフィルタ手段は、インダクタと
   コンデンサによる２次の低域通過フィルタであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   信号分離回路。
4. 【請求項４】前記リミッタ回路の入出力特性は近似的に
   折線特性をなし、その折れ点の入力レベルをE_t1、E_t2、
   ………、E_tn（但し、ｎは正の整数でE_t1、E_t2、………、
   E_tn＞０）、 各折れ点の入力レベルE_t1、E_t2、………、E_tnにおける前
   記リミッタ回路のゲインをK₁、K₂、………、K_n、 前記第１のフィルタ手段でレベル差を与えられた前記第
   ２の信号の各周波数成分のレベルをそれぞれE_i1、E_i2、
   ………、E_im（但し、ｍは正の整数でｎ＝ｍ、E_i1、E_i2、
   ………、E_im＞０）とし、 かつ、０＜E_i1＜E_t1＜E_i2＜E_t2＜………＜E_im＜E_tnであ
   るとすると、 前記リミッタ回路のゲインの大小関係は、K₁＞K₂＞……
   …＞K_nであることを特徴とする特許請求の範囲第１乃至
   第３項のいずれかに記載の信号分離回路。