DE3243489A1

DE3243489A1 - Verfahren und anordnung zur automatischen verstaerkungsregelung in einem frequenzmodulierten uebertragungssystem

Info

Publication number: DE3243489A1
Application number: DE19823243489
Authority: DE
Inventors: Leonard Norman 08648 Lawrenceville N.J. Schiff
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1981-11-24
Filing date: 1982-11-24
Publication date: 1983-06-01
Also published as: JPS60185408A; CA1203009A; JPH0251282B2; JPS5897906A; GB2110489B; GB2110489A; JPH0380364B2; FR2517141B1; FR2517141A1; US4403255A; DE3243489C2

Description

RCA 75 486 Ks/Ri

U.S. ^erial No: 324,584

Filed: November 24, 1981

RCA Corporation New York, N.Y.,. V.St.v.A.-

Verfahren und Anordnung zur automatischen Verstärkungsregelung in einem frequenzmodulierten Übertragungssystem

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verwendung von Schaltungen zur automatischen Verstärkungsregelung (AVR-Schaltungen) für frequenzmodulierte Signale (FM-Signale) und betrifft insbesondere eine verbesserte AVR-Schaltung für FM-Übertragung.

Gemäß dem Stand der Technik erfolgt eine automatische Verstärkungsregelung in frequenzmodulierten Fernsehsystemen durch Anlegen eines Basisband-Fernsehsignals an eine Vorverzerrerschaltung, deren Ausgangssignal einem in seiner Verstärkung veränderbaren Verstärker zugeführt wird, bevor es auf den FM-Modulator gelangt. Die Verstärkungsänderung des Verstärkers wird gewöhnlich durch einen Regelkreis eingestellt, der einen Amplitudendetektor und ein Tiefpaßfilter enthält. Der Amplitudendetektor fühlt die Energie des vorverzerrten Videosignals, und bei hohen Amplitudenwerten vermindert er die Verstärkung des Verstärkers, während er bei kleinen Amplitudenwerten die Verstärkung des Verstärkers erhöht«

Das Ausgangssignal des Amplitudendetektors muß durch ein

Tiefpaßfilter gefiltert werden, so daß die Verstärkungsänderungen nicht zu schnell erfolgen. Andererseits muß das Tiefpaßfilter eine ausreichende Bandbreite haben, so daß die Verstärkung des Verstärkers rasch genug geändert v/erden kann. Im einzelnen muß die Bandbreite des Tiefpaßfilters groß sein im Vergleich zum Kehrwert der Zeilenzeit, das heißt der für eine Fernsehzeile benötigten Zeit, so daß mehrere Verstärkungsänderungen im Verlauf einer einzelnen Fernsebzeile stattfinden können (denn das Signal verändert sich wesentlich über diese Zeitperiode). Andererseits muß die Bandbreite klein im Vergleich zur Bandbreite des Fernseb-Bildsignals (z.B. 4,2 MHz) sein, denn es ist nicht wünschenswert, daß sich die Verstärkung des Verstärkers abhängig vom Augenblickswert des Fernsehbildes ändert. Die Verstärkungsänderung soll vielmehr abhängig von einem über eine geeignete Zeitdauer gebildeten Mittelwert der Amplitude erfolgen.

Während ein solches AVR-System zufriedenstellend für ein Basisbandsignal ist, das z.B. Sprechverkehr im Frequenzmultiplex mit sehr wenigen plötzlichen starken Energiestößen repräsentiert, eignet es sich weniger für frequenzmodulierte Fernsehübertragung. Der Betrieb mit einem AVR-System bei frequenzmodulierter Fernsehübertragung sei nachstehend erläutert.

Der Rauschabstand (Verhältnis zwischen Nutzsignal und Störsignal) bei frequenzmodulierter Fernsehübertragung hängt direkt vom Hub des FM-Modulators ab, das heißt je höher dieser Hub ist, desto größer ist der Rauschabstand. In der meisten Zeit ist der Effektivwert (quadratischer Mittelwert) des Fernseh-Basisbandsignals relativ niedrig. Um also große Rauschabstände zu erhalten, sollte die Verstärkung des den FM-Modulator ansteuernden Verstärkers groß sein. Wenn jedoch diese Verstärkung fest ist, dann können in Fällen, in denen das an den Verstärker gelegte Signal sehr stark ist und/oder sich schnell ändert, Probleme

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auftreten. Das Fernsehsignal wird z.B. sehr stark, wenn sich der Leuchtdichtewert des Bildes plötzlich von einem hellen Weiß zu einem dunklen Schwarz ändert und wenn der Farbhilfsträger hohe Amplitude hat. Der durch solche Signale bewirkte Hub des FM-Modulators ist einer der bestimmenden Faktoren für die vom resultierenden HF-Signal benötigte Bandbreite. Falls die Verstärkung des Verstärkers zu hoch eingestellt ist, treten Verzerrungen auf, weil das HF-Spektrum des resultierenden Fernsehsignals vom FM-Modulator breiter ist als die Bandbreite der Filtergesamtheit eines Übertragungsmediums wie beispielsweise eines Satelliten. Die Filtergesamtheit ist definiert als Produkt der Übertragungskennlinien aller Filter in der Übertragungsstrecke (z.B. in einem Satelliten)bei einer gemeinsamen Mittenfrequenz. Ein Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist eine Satellitenübertragung, bei welcher Bandwählfilter verwendet werden, die ein wichtiger bestimmender Faktor für die Filterkennlinien der gesamten Übertragungsstrecke sind.

Was also beim Stand der Technik benutzt wird, ist ein Verstärker, dessen Verstärkung ansteigt, wenn die Amplitude und der Frequenzgehalt des Fernsehsignals gering ist und der zur Erzeugung schmaler Frequenzspektren neigt«. Die hohe Verstärkung des Verstärkers weitet das Frequenzspektrum auf. Wenn andererseits der Bildinhalt so ist, daß er das Spektrum verbreitert, dann wirkt die Verstärkung des Verstärkers verengend, um das Frequenzspektrum innerhalb der Frequenzgrenzen der Filter in der übertragungs- strecke zu halten.

Eine Schwierigkeit bei den bekannten AVR-Systemen besteht darin, daß das HF-Spektrum des FM-Modulators nicht nur von der Amplitude des Fernsehsignals sondern auch von dessen Frequenzgehalt abhängt. Anders ausgedrückt, die Bandbreite des vom FM-Modulator erzeugten Signals wird sowohl durch den Frequenzgehalt als auch durch die Amplitude bestimmt.

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Bei der oben erwähnten Sprachsignalverarbeitung im Frequenzmultiplex ist dies kein Nachteil, weil der Frequenzgehalt des Basisbandes eher konstant bleibt. Bei frequenzmodulierter Fernsehübertragung jedoch hat das Basisbartd-Videosignal einen Frequenzgehalt, der sich über viel größere Bereiche ändert als es bei der Verarbeitung von Sprachsignalen der Fall ist. Wenn z.B. das übertragene Fernsehbild stark gesättigt ist, dann wird die Amplitude des Farbhilfsträgers sehr hoch, wodurch der Frequenzgehalt zum hohen Ende des Frequenzspektrums hin angehoben wird, während im Falle eines schwarzweißen oder blaß pastellfarbigen Bildes die Amplitude des Farbartsignals niedrig ist und sich der Frequenzgehalt zu den niedrigeren Frequenzen verschiebt. Es besteht daher Bedarf an einer AVR-Schaltung, bei welcher die Verstärkung des Verstärkers nicht nur durch die Amplitude des Fernsehsignals sondern auch durch dessen Frequenzgehalt bestimmt wird.

Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe im Prinzip dadurch gelöst, daß der außerhalb des Bandes liegende Energiegehalt, der normalerweise vom FM-Modulator produziert würde, bestimmt wird und daß der Verstärkungsfaktor des veränderbaren Verstärkers (und somit der Hub des FM-Modulators)in einer vorbestimmten inversen Beziehung zu diesem Energiegehalt geändert wird.

Die wesentlichen Merkmale eines erfindungsgemäßen Verfahrens sind im Patentanspruch 1 angegeben, und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im Patentanspruch 3 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in jeweiligen UnteranSprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist das Blockschaltbild eines FM-Fernsehsenders

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Λ mit einem AVR-S.ystem gemäß dem: Stand der Technik;

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines FM-Fernsehsenders gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2a zeigt Bandpaßkurven eines in der Anordnung nach Fig. 2 verwendeten Filters;

Fig. 3 zeigt eine Gruppe von Kurven zur Veranschaulichung des allgemeinen Prinzips der Erfindung;

Fig. 4- zeigt eine andere Gruppe von Kurven, die in näherer Einzelheit einige Überlegungen für die Konstruktion der Anordnung nach Fig. 2 veranschauliehen;

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines Teils eines Empfängers zur Rückumwandlung des empfangenen Signals in seine ursprüngliche Form;

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer anderen Einrichtung zur Rückumwandlung des empfangenen Signals in seine ursprüngliche Form;

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer wiederum anderen Anordnung, die an der Empfängerseite verwendet werden kann, um das empfangene gepreßte und gedehnte Signal zurück in seine ursprüngliche Form zu überführen ;

Fig. 7a zeigt die Bandpaßkurven eines in der Anordnung nach Fig. 7 verwendeten Filters;

Fig. 8 veranschaulicht anhand einer Gruppe von Kurven, wie die empfängerseitige Verstärkungssteuerung die senderseitige Verstärkung ausgleicht, um ein rekonstruiertes Signal zu erhalten;

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-ΙΟΙ Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 zeigt eine wiederum andere Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt einen bekannten FM-Ferasehsender, bei welchem ein Basisband-Fernsehsignalgemisch in einer Quelle 20 erzeugt und an eine Vorverzerrungsschaltung 21 gelegt wird, deren Ausgangssignal über eine Verzögerungseinrichtung 19 und eine bekannte AVR-Schaltung 17 auf einen in seiner Verstärkung veränderbaren Verstärke!¹ P? gekoppelt wird. Die Quelle kann z.B. der Ausgang eines Videobandrecorders sein, der ein geeignetes, aus Bild- und Synchronsignalen zusammengesetztes Fernsehsignal (Videosignalgemisch) liefert. Das Ausgangssignal des Verstärkers 22 wird auf einen FM-Modulator 23 gegeben, der ein von einem Überlagerungsoszillator 26 geliefertes Trägersignal mit dem aus der Quelle 20 empfangenen Fernsehsignal moduliert und das resultierende Ausgangssignal an einen Aufwärts-Frequenzumsetzer ?Λ liefert. Der Umsetzer 24 erzeugt das endgültige HF-Trägerfrequenzsignal. Dieses HF-Ausgangssignal des Umsetzers 24 wird auf eine Antenne 25 gekoppelt, von wo es an einen Empfänger abgestrahlt wird, und zwar über irgendein gewähltes Übertragungsmedium wie z.B. einen Satelliten, das Filter mit gewählten Durchlaßbandbreiten bzw. bestimmte Übertragungsbandbreite hat.

Der Regelkreis 17 zur automatischen Verstärkungsregelung (AVR-Regelkreis), der einen Hüllkurvendetektor 27 und ein Tiefpaßfilter 28 aufweist, spricht auf das gesamte Signal von der Vorverzerrungsschaltung 21 an. Dieses Gesamtsignal enthält einen Teil,der nach der FM-Modulation innerhalb der Bandbreite der Ubertragungsstrecke liegt,und einen Teil, der nach der FM-Modulation außerhalb der Bandbreite der Ubertragungsstrecke liegt. Falls ein starkes Signal an die Vorverzerrungsschaltung 21 gelegt wird, kann die AVR-Schaltung 27 nicht unterscheiden, welcher Teil des

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vom PM-Modulator daraufhin erzeugten Signals außerhalb und welcher Teil innerhalb der Bandbreite der tJbertragungsstrecke liegen wird. Daher wird die AVR-Schaltung bestrebt sein, die Verstärkung des Verstärkers 22 auf ein Maß zu reduzieren, bei welcher der innerhalb der erwähnten Bandbreite liegende Teil des Signals unnötig gedämpft wird. Diese Reduzierung führt zu einem geringen,verzerrenden Rauschabstand am Empfänger«, Wenn andererseits das aus der Vorverzerrungsschaltung 21 empfangene Signal eine niedrige Amplitude hat, dann erhöht die AVR-Schaltung die Verstärkung des Verstärkers 22 auf ein Maß, bei welchem der Außerband-Energiegehalt übermäßig hoch sein kann. Eine solche Erhöhung führt zur Verzerrung am Empfänger. Diese Verzerrung wird noch betont, wenn das Signal

•15 niedriger Amplitude im hochfrequenten Teil des Basisbandes liegt. Die Verzögerungseinrichtung 19 bewirkt, daß das durch die AVR-Schaltung 17 laufende Signal am Steuereingang 29 des Verstärkers 22 zur gleichen Zeit ankommt, zu der auch das Signal aus der Verzögerungseinrichtung 19 den Signal eingang des Verstärkers 22 erreicht_o

Die Fig. 2 zeigt einen S¹M-F ernsehs en der, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Die Grundbestandteile dieses Senders sind der Generator 20 für das Basisband-Fernsehsignal, die Vorverzerrungsschaltung 21, die Verzögerungseinrichtung 19, die Leitung 40, der steuerbare Verstärker 22, der FM-Modulator 23, der Überlagerungsoszillator 26, der Aufwärts-Frequenzumsetzer 24- und die Antenne 25» Alle diese Teile entsprechen Elementen in der Anordnung nach Fig. 1 und sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet wie dort.

Im Falle der Fig. 2 ist jedoch die innerhalb der gestrichelten Umrahmung 35 dargestellte AVR-Logik (welche die AVR-Schaltung 17 nach Fig. 1 ersetzt) anders als die innerhalb der gestrichelten Umrahmung 17 der Fig., 1 dargestellte bekannte Anordnung. Die AVR-Logik 35 gemäß der

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Fig. 2 stellt eine Ausfübrungsform der Erfindung dar. Innerhalb der AVR-Logik 35 empfängt ein FM-Modulator 30 das Ausgangssignal der Vorverzerrungsschaltung 21 und des Überlagerungsoszillators 26, der beim hier beschriebenen Beispiel auf 70 MHz abgestimmt ist. Der Modulator 30 simuliert den Betrieb des FM-Modulators 23 beim Fehlen automatischer Verstärkungsregelung (AVR). Das Ausgangssignal des FM-Modulators 30 hat deswegen die gleichen Charakteristiken und das gleiche Frequenzspektrum wie das Ausgangssignal des FM-Modulators 23.

Eine Bandsperre 31 empfängt das Zwischenfrequenz-Ausgangssignal (ZF) vom FM-Modulator 30 und ist so ausgelegt, daß sie von diesem Ausgangssignal alles ausfiltert, was innerhalb der Bandbreite der Übertragungsstrecke liegt, wie es oben definiert wurde und wie es mit der Kurve 4-4- in Fig. 2a veranschaulicht ist. Innerhalb der Kurve 4-4- stellt der mit "Sperrfrequenz" bezeichnete Bereich, denjenigen Teil des Ausgangssignals des FM-Modulators dar, der durch die Bandsperre 31 ausgefiltert wird. Die 70-MHz-Mittenfrequenz des "Sperrfrequenz"-Bereichs ist bestimmt durch den 70-MHz-Ausgang des Überlagerungsoszillators 26. Ein typisches Maß für die Bandbreite z.B. bei Satellitenübertragung ist 36 MHz. Diejenigen Teile der Frequenzgangkurve nach Fig. 2a, die mit "Durchlaßfrequenz" bezeichnet sind, zeigen denjenigen Teil des Videosignals an, der außerhalb der Bandbreite der Übertragungsstrecke liegt. Dieses Ausserbandsignal wird dem Hüllkurven detektor 32 angelegt, der daraus eine Hüllkurve bildet, die den außerhalb der Bandbreite der Übertragungsstrecke liegenden Energiebetrag definiert.

Die Kriterien für die Konstruktion einer Bandsperre, die sich zur Verwendung im Block 31 der Fig. 2 eignet, sind auf den Seiten 14-8-155 einer Veröffentlichung von J.K.

Skwirzynski "Design Theory and Data For Electrical Filters" beschrieben (erschienen bei D Van Nostrand Company of

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Das Tiefpaßfilter 33 empfängt das Ausgangssignal des Hüllkurvendetektors 3? und verarbeitet es zur BiIdung des Steuersignals für den Verstärker 22. Im einzelnen bringt das Filter 33 eine geeignete Zeitkonstante für das Steuersignal, so daß der Verstärker einerseits nicht auf Augenblicksänderungen im Bildinhalt anspricht, sich andererseits aber auf Änderungen einstellen kann, die im Verlauf einer einzelnen Horizontalzeile des Fernsehsignals erfolgen.

Die AVR-Schaltung 35 nach Fig.. 2 steuert also die Verstärkung des Verstärkers 22 nur mit demjenigen Teil des Energiegehalts des Videosignals, der nach Frequenzmodulation und Aufwärts-Umsetzung außerhalb der Bandbreite der Übertragungsstrecke liegt. Auf diese Weise regelt die AVR-Schaltung 35 den Betrag dieser Außerbandenergie auf einen gewissen vorbestimmten Wert. Die Kurven in Fig. 3 veranschaulichen den vorstehend beschriebenen Mechanismus deutlicher.

In der Fig. 3 bedeutet die horizontale Achse (X-Achse) die endgültig gesendete Außerbandenergie, die sich ohne AVR-Betrieb ergibt. Die vertikale Achse (Y-Achse) repräsentiert zwei verschiedene Skalen. Zum einen gibt die vertikale Achse die Verstärkung (Kurve 52) des AVR-Verstärkers 22 nach Fig. 2 an, und zum andern die resultierende Außerbandenergie bei vorhandener AVR-Schaltung an, und zwar sowhl "vv den Fall konstanter Verstärkung wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 (Kurve 50) als auch für den Fall variabler Verstärkung wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 (Kurve 51)· Im einzelnen zeigt die gestrichelte Linie 50 in Fig. 3 die resultierende Außerbandenergie (entlang der Y-Achse), die man erhalten würde, wenn der Verstärker 22 konstante Verstärkung hätte«, Diese resultierende Außerbandenergie (gemessen entlang der Y-Achse)

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ist dann gleich der Außerbandenergie ohne AVR (gemessen entlang der X-Achse und erzeugt am Ausgang der AVR-Schaltung 35). Sobald jedoch die in der AVR-Steuerstrecke 35 nach Fig. 2 (die ohne AVR ist) gemessene Außerbandenergie beginnt, einen gegebenen Wert überschreiten, wie er mit der vertikalen Linie 4-9 in Fig. 3 angedeutet ist, beginnt sich die Verstärkung des veränderbaren Verstärkers 22 zu vermindern, wie es die Kurve 52 in Fig. 3 zeigt. Dies führt dazu, daß die resultierende Außerbandenergie der Kurve 51 folgt. Man erkennt, daß diese Außerbandenergie (Kurver 51) geringer ist als die Außerbandenergie gemäß der Kurve 50, die sich ohne AVR-Steuerschaltung 35 ergäbe.

Die Steuerstrecke 35, welche den Betrag der Außerbandenergie ohne AVR (innerhalb der Steuerstrecke) fühlt, kann also dazu verwendet werden, um zum einen die Verstärkung in der Signalstrecke zu regeln und. zum anderen die resultierende Außerbandenergie zu vermindern.

Die Steuerstrecke 35 nach Fig. 2 fühlt also im Effekt diejenigen Fälle, in denen ^zu erwarten ist, daß Verzerrungen infolge übermäßig hoher Außerbandenergie eintreten, wenn die Verstärkung des Verstärkers 22 nicht vermindert wird. Durch Anlegen des Ausgangssignals der Steuerstrecke 35 an den Steuereingang des Verstärkers 22 wird dessen Verstärkung verringert, was zur Folge hat, daß die am Ausgang des FM-Modulators 23 erzeugte tatsächliche Außerbandenergie reduziert und infolgedessen die Signalverzerrung vermindert wird.

Die graphische Darstellung nach Fig. 4 veranschaulicht, wie die vorstehenden Erkenntnisse für die Konstruktion ausgenutzt werden können. Die X-Achse in Fig. 4- stellt wiederum die Außerbandenergie ohne AVR dar, wie sie von der AVR-Steuerschaltung 35 geliefert wird. Die gestrichelte Linie 64- zeigt die Beziehung zwischen der resultierenden Außerbandenergie (gemessen entlang der Y-Achse) und der

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ohne AVR gelieferten Außerbanden ergie für den Fall, daß die Signalstrecke konstante Verstärkung hat (doh«, ohne AVR-Steuerschaltung 35)· Per Schnittpunkt 68 der gestrichelten vertikalen Linie 66 mit der gestrichelten Linie 64· stellt den Punkt dar, wo die resultierende Außerbanden ergie zu einem Problem wird, weil ihr Ausmaß zu einer unannehmbaren Verzerrung im Bild führt«. Vom Punkt 68 ist in Richtung der X-Achse eine Linie 67 gezogen, welche eine vertikale (d.h. in Richtung der Y-Achse verlaufende) Linie 70 am Punkt 71 schneidet. Dieser Punkt ""71 stellt die maximal übertragbare Außerbandenergie eines frequenzmoduliert en Fernsehsignals dar.

Die gewünschte Außerbandenergie-Kurve als Funktion der Außerbandenergie ohne AVR ist also die aus zwei geradlinigen Abschnitten bestehende Kurve 61-63« Der erst® Abschnitt 61 steigt in einem Winkel von 45° an, und der zweite Abschnitt 63 verläuft mit einer flacheren Steigung bis zum oben erwähnten Maximalwert 71» Zur Erzielung der Kurve 61-63 ist eine Verstärkungskurve 60 erforderlich, die eine Funktion der in der Steuerstrecke 35 nach Fig. 2 gemessenen und längs der X-Achse aufgetragenen Außerbandenergie ist. Im einzelnen bestimmt die Form der Verstärkungskurve 60 den Verlauf der Außerbandenergie-Kurve 61-63 und wird bestimmt durch die AVR-Schleife 35 nach Fig. 2.

In einer Schaltung mit den in Fig. 4 veranschaulichten Eigenschaften erfährt beispielsweise ein Farbbalkenmuster, das entlang der gestrichelten Linie 73 existiert, eine relativ geringe Verstärkung, so daß eine Verzerrung durch diese Wellenform verhindert wird« Andererseits ist die Verstärkung für ein typischeres Fernsehbild, welches normalerweise links von der vertikalen Linie 66 auf der X-Achse liegt, beträchtlich höher, so daß der Hub des FM-Modulators 23 nach Fig. 2 größer und damit der Rauschabstand besser ist.

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Im Grunde ermittelt die Steuerschaltung 35 nach Pig. 2 die Verzerrung, die verursacht wird, wenn der Verstärkungsfaktor des AVR-Verstärkers konstant gehalten wird. Im einzelnen mißt die Steuerschaltung 35 hierzu die spektrale Energie, die außerhalb der Bandbreite der Übertragungsstrecke beim .Fehlen der AVR erzeugt wird. Wenn diese Ausserband energie ansteigt, wird die Verstärkung des Verstärkers 22 proportional dazu vermindert.

Da die erwähnte Außerbandenergie einen kleinen Wert haben kann, wird es zweckmäßig sein, in der Steuerstrecke eine Bandsperre zu verwenden, deren Bandbreite in Wirklichkeit etwas kleiner ist als die Bandbreite der Übertragungsstrecke. Dies hat den Effekt, daß der vom Hü1!kurvendetek- tor 32 in Fig. 2 gemessene Energiebetrag größer ist, so daß Energiewerte gleichsam vorausberücksichtigt werden, bevor sie tatsächlich zu einer Verzerrung führen. Eine hierzu geeignete Filterkurve der Bandsperre 31 nach Fig. 2 hätte eine Form, wie sie mit der gestrichelten Linie (anstelle der durchgezogenen Linie 44) in Fig. 2A dargestellt ist.

Es sei nun der Empfang des vom Sender behandelten Videosignals betrachtet. Ein solches Empfangssignal hat eine hohe Verstärkung in Teilen, die.ursprünglich niedrige Amplituden oder niedrige Frequenz hatten, und eine geringe Verstärkung in anderen Teilen, die ursprünglich hohe Amplitude oder einen Frequenzgehalt mit Hauptgewicht auf höheren Frequenzen hatten.

Bei dem Empfänger nach Fig. 5 beispielsweise wird ein solches Signal an einer Antenne 79 aufgefangen und einem Abwärts-Frequenzumsetzer 80 zugeführt, worin das ankommende Signal mit dem Signal eines Überlagerungsoszillators 78 gemischt wird, um ein Zwischenfrequenzsignal (ZF-Signal) zu erzeugen. Dieses ZF-Signal wird dann einem FM-Demodulator 81 angelegt, der einen Begrenzer und einen Dis-

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kriminator enthält, um den Träger zu unterdrücken und das Basisband-Videosignal auf eine Nachentzerrungsschaltung 82 zu geben. Dieses vom Nach entzerrer 82 abgegebene Videosignal hat noch die im Sender aufgeprägte Verstärkungscharakteristik,insofern, als Anteile mit ursprünglich niedriger Energie hohe Verstärkung und Anteile mit ursprünglich hoher Energie geringe Verstärkung haben„Diese Charakteristik muß korrigiert werden, um das ursprünglich' erzeugte Videosignal wieder zu erhalten.

Es ist eine Aufgabe des in Fig.. 5 dargestellten Teils des Empfängers, die Wirkung der erwähnten Verstärkungen rückgängig zu machen und das Signal im Effekt durch die im Block 99 enthaltene AVR-Schaltung laufen zu lassen« Die AVE-Schaltung 99 hat Verstärkungseigenschaften, die komplementär zu den Verstärkungseigenschaften des Senderverstärkers 22 (Fig. 2) sind. Anders ausgedrückt, die Verstärkung im Empfänger wird erhöht während derjenigen Teile des Signals, die im Sender geringere Verstärkung erfah- ren haben, und sie wird vermindert für diejenigen Teile, die im Sender erhöhte Verstärkung erfahren haben«, Die Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform einer Einrichtung zur Bewirkung einer solchen komplementären Verstärkung des empfangenen Signals.

Es ist häufig der Fall, daß in einem Basisband-Videosystem ein Hilfsträger vorhanden ist, dessen Frequenz höher ist als 4,2 MHz. Dieser Hilfsträger ist mit der Toninformation frequenzmoduliert und hätte, wenn man von der Wirkung der automatischen Verstärkungsregelung im Sender absieht, eine konstante Amplitude. Damit braucht die AVR-Schaltung 99 nach Fig. 5 nur die Änderungen der Amplitude des erwähnten Hilfsträgers zu fühlen und ein Steuersignal zur derartigen Beeinflussung der Verstärkung des Verstärkers 83 zu erzeugen, daß der erwähnte Hilfsträger eine konstante Amplite behält, wodurch im Effekt die im Sender eingeführten Änderungen der Verstärkung kompensiert werden,,

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Im einzelnen wird bei der Ausführungsform nach Fig. 5 das Ausgangssignal des veränderbaren Verstärkers 83 einem Bandfilter 85 angelegt, das bei 87 den modulierten ¹Onträger liefert. Dieser modulierte Tonträger wird außerdem einem Amplitudendetektor 89 angelegt, dessen Ausgangssignal durch ein Tiefpaßfilter 90 geleitet wird. Das Ausgangssignal des Filters 90 ändert sich mit der Amplitude des Hilfsträgers und dient als Steuersignal für den Verstärker 83. Dieses Steuersignal wird auf den ^teuereingang 91 des veränderbaren Verstärkers 83 gegeben, um dessen Verstärkungsfaktor in solchem Maß und in solcher Richtung zu ändern, daß die Amplitude des vom Bandfilter 85 gelieferten Hilfsträgers konstant bleibt. An dieser Stelle ist die vom Sender in das Signal eingeführte Verstärkungscharakteristik effektiv kompensiert.

Die Fig. 6 zeigt eine Anordnung zur Wiederherstellung des Videosignals in einem Empfänger für den Fall, daß kein FM-Tonträger konstanter Amplitude vorhanden ist.

In Verbindung mit der Anordnung nach Fig. 6 wird eine sogenannte frequenzspeizende Wellenform im übertragenen Signal verwendet. Obwohl es im Zusammenhang mit dem Sender nach Fig. 2 nicht eigens beschrieben wurde, ist es bei Verwendung frequenzmodulierter Satelliten-Fernsehübertragungssysteme üblich, dem Videosignal vor der Aussendung eine niedrigfrequente Dreieckweilenform hinzuzufügen. Diese niedrigfrequente Dreieckwellenform "streut" die Trägerenergie und wird entweder als spreizende oder als streuende Wellenform bezeichnet. Um das empfangene Videosignal wieder richtig zu rekonstruieren, muß eine solche spreizende Wellenform nach Empfang und geeigneter automatischer Verstärkungsregelung als ein Signal konstanter Steigung (entweder positiv oder negativ) gefühlt werden

Nachdem das Videosignal in der Anordnung nach Fig. 6 den AVR-Verstärker 83 durchlaufen hat, wird es aufgespalten in eine Videokomponente, die auf der Ausgangsleitung 86

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des Tiefpaßfilters 84· erscheint, und eine Subvideo- oder Dreieckwellenform-Komponente, die am Ausgang 77 eines Subvideo-Tiefpaßfilters 100 erscheint, wobei die niedrigfrequente spreizende Wellenform zurückgewonnen wird» Das Tiefpaßfilter 100 für die Subvideo-Komponente kann eine Bandbreite von einigen wenigen 100 Hz haben, die ausreicht, um die spreizende Wellenform durchzulassen, aber nichts von der Videoinformation«, Die Steigung oder Steilheit der spreizenden Wellenform wird in einem Steigungsdetektor 102 gefühlt und verglichene Der Detektor 102 ermittelt die Abweichung der Steigung der empfangenen Dreieckwellenform von einer gespeicherten Referenz-Dreieckwellenform und gibt ein für diese Abweichung repräsentatives Signal auf ein Tiefpaßfilter 103, dessen Ausgangssignal dazu herangezogen wird, die Verstärkung des AVR-Verstärkers 83 so korrigierend zu beeinflussen, daß am Ausgang 77 des Tiefpaßfilters 100 eine saubere Dr ei eckw eil en form -erscheint*

Die Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform zur Rekonstruierung des empfangenen Videosignals für den Fall, daß keine der in Verbindung mit den Figuren 5 und 6 beschriebenen Methoden anwendbar ist. In der Anordnung nach Fig., wird das empfangene und abwärts-umgesetzte frequenzmodulierte Fernsehsignal mit ZF-Trägerfrequenz sowohl durch eine Steuerschaltung 112 als auch durch einen Signalweg gesendet, der een FM-Demodulator Si₉ den Nachentzerrer 82 und eine Verzogerungseinrichtunp; 200 enthält.» In der Steuerschaltung 112 befindet sich eine Bandsperre 105, die ähnlich der Bandsperre in der Anordnung nach Fig» 2 ist.

Die Bandsperre 105 unterdrückt die ZF-Ko mp ο η en ten der innerhalb der Bandbreite der Übertragungsstrecke vorhandenen Energie und läßt nur die Außerbandenergie durch, wie es die Kurve 111 in Fig. 7a veranschaulicht, ähnlich wie es weiter oben in Verbindung mit der Bandsperre 31 nach Figo 2 und in Verbindung mit der Filterkurve 44 nach Fig., 2a erläutert wurde. Das resultierende Außerbandenergie-Signal von der Bandsperre 105 nach Fig. 7 entspricht der Kurve

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50 nach Fig. 3. Ein IKi 1 !kurvendetektor 106 und ein Tiefpaßfilter 107 verarbeiten das Ausgangssignal der Bandsperre 105 in der gleichen Weise wie es der Hüllkurvendetektor 32 und das Tiefpaßfilter 33 in der Anordnung nach Fig. 2 mit dem Ausgangssignal der Bandsperre 31 tun. Das am Ausgang des Filters 107 erscheinende Signal wird dazu verwendet, die Verstärkung des Verstärkers 83 zu steuern.

Wie es bereits in Verbindung mit den Figuren 2 und 2a erwähnt wurde, ist es in manchen Fällen zweckmäßig, eine Bandsperre zu verwenden, deren Sperrbandbreite etwas schmaler ist als die Bandbreite der Übertragungsstrecke (um Energiebeträge vorwegzunehmen, bevor sie tatsächlich zur Verzerrung führen). Die gestrichelte Kurve 113 in Fig. 7a veranschaulicht eine solche Auslegung der Bandsperre und entspricht im großen und ganzen der gestrichelten Kurve 75 iⁿ Fig. 2a.

Es sei daran erinnert, daß die Verstärkungskurve 60 nach Fig. 4 eine Funktion der Außerbandenergie bei Anwendung automatischer Verstärkungsregelung ist. Sowohl die senderseitige Verstärkungskurve 60 nach Fig. 4 als auch die für vorhandene AVR geltende Außerbandenergiekurve 61 bis 63 nach Fig. 4- sind in der Fig. 8 noch einmal dargestellt.

Nach Filterung im Tiefpaßfilter 107 beeinflußt das Steuersignal den AVR-Verstärker 83 nach Fig. 7 so, daß seine Verstärkung die mit der gestrichelten Kurve 121 in Fig. dargestellte Charakteristik bekommt. Die beiden Verstärkungskurven 60 und 60-121 haben solche Werte, daß ihr Produkt im wesentlichen gleich 1 ist, so daß im Empfänger das ursprünglich erzeugte Videosignal rekonstruiert wird. Durch Einführung der mit der Kurve 60-121 gezeigten Verstärkungscharakteristik im Empfänger wird die durchdie senderseiti- ge AVR eingeführte Verstärkungsänderung korrigiert.

Die Verstärkungskurve 121 nach Fig. 8 bestimmt sich wie

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folgt: Die Kurve 61-63 nach Fig. R stellt im wesentlichen die sich bei stattfindender AVR ergebende tatsächliche Außerbandenergie dar, die vom Sender ausgesandt und am Empfänger empfangen wird, und zwar als Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 107.

Veränderbare Verstärker wie z.B. der Verstärker 22 nach Fig. 2 und der Verstärker 82 nach Fig«, 7 enthalten Verstärkungssteuerschaltungen, die auf die gleichen Eingangssignale unterschiedlich ansprechen können, so daß sich unterschiedliche Verstärkungscharakteristiken ergeben können. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung ist der veränderbare Verstärker 83 nach Fig» 7 so ausgelegt, daß er unter dem Einfluß des durch die Kurve 61-63 nach Fig. 8 dargestellten Eingangssignals eine der Kurve 60-121 nach Fig. 8 entsprechende"Verstärkungsfunktion bewirkt, während der veränderbare Verstärker 22 nach Fig. 2 so ausgelegt ist, daß er unter dem Einfluß des durch die Kurve 61-63 nach Fig. 4- dargestellten Emgangssignals die Verstärkungsfunktion entsprechend der Kurve 60 nach Fig. 4- bringt. Wie oben erwähnt, sind die beiden Verstärkungskurven 60-121 und 60 nach Fig. 8 komplementär zueinander.

In der Fig. 2 ist für die Steuerschaltung 35 eine spezielle logische Anordnung eines FM-Modulators 3O₉ eines Filters 31, eines Detektors 32 und eines Filters 33 dargestellt. Es sind jedoch auch viele andere logische Anordnungen und Schemen möglich, um aus dem Ausgangssignal des Vorverzerrers 21 ein Steuersignal zu erzeugen, dessen Amplitude die Änderung des Energiegehalts desjenigen Teils des Vorverzerrer-Ausgangssignals widerspiegelt, der außerhalb der zulässigen Bandbreite der Übertragungsstrecke liegt, und das dazu verwendet werden kann, den veränderbaren Verstärker 22 so zu steuern, daß sich seine Verstärkung im wesentlichen invers zu den Änderungen des erwähnten Energiegehalts ändert. Auf diese Weise kann die Außerband-

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energie auf einem nahezu konstanten Pegel gehalten werden bzw. auf einem Pegel, der sich entsprechend irgendeiner vorbestimmten Funktion der Anderungsgescbwindigkeit der Außerbandenergie ändert.

Eine solche andere Möglichkeit zur Bewirkung der gleichen AVR-Funktion, wie sie durch die innerhalb des gestrichelten Rahmens 35 iⁿ Fig. 2 gezeigte Anordnung realisiert wird, ist in Fig. 9 veranschaulicht. Die alternative Ausführungsform der Senderseite nach Fig. 9 nutzt folgenden Umstand aus: a) Wenn die Außerbandenergie gering ist, dann ist die Amplitude der Hüllkurve des frequenzmodulierten Trägers relativ konstant, und b) wenn ein wesentlicher Betrag an Außerbandenergie vorhanden ist, dann Sndert sich die Hüllkurve, wobei diese Änderungen umso größer werden, ,je höher die Außerbanden ergie wird.

In der Anordnung nach. Fig. 9 bildet ein dem FM-Modulator 30 nachgeschaltetes Bandfilter 149 die Gesamtfilterung im Kanal nach. Diesem nachbildenden Bandfilter 149 folgt ein Hüllkurvendetektor 150» dessen mit der Kurve 147 dargestelltes Ausgangssignal aus einer konstanten Amplitude 145 plus Fluktuationen besteht. Dieses Signal wird auf den positiven Eingang (+) einer Subtrahierschaltung 151 gegeben. Durch eine Voreinstellung wird eine Gleichspannung, die aus einer Quelle 152 geliefert und an den negativen Eingang (-) der Subtrahierschaltung 151 gelegt wird, im wesentlichen gleich der Gleichstromkomponente des Signals gemacht, das vom Hüllkurvendetektor 15Ο beim Fehlen eines Fernsehsignals geliefert wird. Somit wird die Komponente konstanter Amplitude des Hüllkurvendetektors 150 am Ausgang der Subtrahierschaltung 151 ausgelöscht. Wenn ein Fernsehsignal auf den FM-Modulator30 gegeben wird, besteht das resultierende Signal an der Ausgangsleitung 161 des der Subtrahierschaltung 151 nachgeschalteten Hüllkurvendetektors 32 nur aus Fluktuationen. Diese Fluktuationen werden auf das Tiefpaßfilter 33 gegeben, dessen

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Ausgangssignal den AVR-Verstyrker 22 in der Anordnung nach Fig. 2 steuert.

In der Fig. 10 ist eine Abwandlung der Schaltung nach ?ig. 9 dargestellt. Wie im Falle der Figo 9 bildet ein Filter 14-9 die Gesamtfilterung des Kanals nach« Das Ausgangssignal des Hüllkurvendetektors 15Ο besteht aus einer konstanten Amplitude (Gleicbstromwert) plus Flüktiatianen, d.h. mit einer durch die Außerbandenergie verursachten Welligkeit. Das Filter 14-9 bewirkt außerdem eine gewisse Dämpfung. Es ist wünschenswert, daß der dem Subtrahiereingang 163 der Subtrahierschaltung 151 zugeführte Gleichstromwert gleich dem auf den Addiereingang 162 der Subtrahierschaltung 151 gegebenen Gleichstromwert ist» Dies wird durch ein veränderbares Dämpfungsglied 160 und einen Hüllkurvendetektor 15Ο erreichte Das eingangsseiti·=- ge Fernsehsignal \ι±τά. zuerst auf Null eingestellt, so daß nur die Gleichstromkomponente vom Detektor 15Ο zur Subtrahierschaltung 151 geliefert wird« Dann wird das vex— änderbare Dämpfungsglied zur Kompensierung der im Filter 149 bewirkten Dämpfung eingestellt, so daß der Gleichstromwert am Ausgang des Detektors 155 gleich dem Gleiehstromwert am Ausgang des Detektors 15Ο ist und das Signal auf der Ausgangsleitung 165 der Subtrahierschaltung 151 gleich Null ist. Wenn also das Fernsehsignal auf die Schaltung gegeben wird, erscheint auf der Ausgangsleitung 165 der Subtrahierschaltung 151 nur die von der Außerbandenergie verursachte Welligkeit. Die beiden Hüllkurvendetektoren 150 und 155 sind einander angepaßt, so daß ihr Einfluß auf die ihnen angelegten Signale jeweils der gleiche ist.

Die Anordnung nach Fig. 10 kann vorteilhafterweise in Fällen verwendet werden, in denen der Ausgangspegel des FM-Modulators JO dazu neigt, sich mit der Zeit zu ändern«,

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Claims

Patentansprüche

Λ.)Verfahren zur automatischen Verstärkungsregelung in einem frequenzmodulierten übertragungssystem mit ei-

neni Sender zum Senden eines FM-Signals über eine Übertragungsstrecke, die eine bestimmte Bandbreite hat, wobei der Sender folgendes aufweist: sine erste Einrichtung zur Erzeugung eines modulierenden Signals5 eine Einrichtung zur Erzeugung eines Trägersignals; eine einen in seiner Verstärkung veränderbaren Verstärker enthaltende Einrichtung, die auf das modulierende Signal anspricht, um ein amplitudengeregeltes modulierendes Signal zu erzeugen, und eine auf das
amplitudengeregelte modulierende Signal und auf das Trägersignal ansprechende Einrichtung zur Erzeugung des zu sendenden FM-Signals, dadurch gekennzeichnet, daß zur automatischen Re-

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gelung der Verstärkung des veränderbaren Verstärkers und somit des Übertragungssystems der Energiegehalt desjenigen Teils des FM-Signals ermittelt wird, der außerhalb eines gegebenen Prozentanteils der Bandbreite der Übertragungsstrecke liegt, und daß die Verstärkung des veränderbaren Verstärkers (22) in einer vorbestimmten inversen Beziehung zum ermittelten Energiegehalt geändert wird.
2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Empfang des gesendeten FM-Signals in einem Empfänger das empfangene Signal in einer vorbestimmten inversen Beziehung zur Änderung der Verstärkung des im Sender befindlichen veränderbaren Verstärkers geändert wird.
3.Frequenzmoduliertes Übertragungssystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf das modulierende Signal ansprechende Einrichtung (35 in Figuren 1 und 9) vorgesehen ist, die ein erstes Steuersignal (bei 33) erzeugt, dessen Amplitude den Energiegehalt desjenigen Teils des FM-Signals widerspiegelt, der außerhalb eines gegebenen Prozentanteils der Bandbreite der Ubertragungsstrecke liegt, und daß der veränderbare Verstärker (22) auf das erste Steuersignal anspricht, um seine Verstärkung im wesentlichen invers zu den Änderungen des erwähnten Energiegehaltes zu ändern.
4.tlbertragungssystem nach Anspruch 3, wobei das von der ersten Einrichtung erzeugte modulierende Signal ein vorverzerrtes Basisband-Fernsehsignal ist und wobei das vom veränderbaren Verstärker erzeugte modulierende Signal ein verstärktes Basisband-Fernsehsignal ist, dadurch gekennzeichnet, daß die das erste Steuersignal erzeugende Einrichtung folgendes aufweist:

einen Frequenzmodulator (30), der auf das vorverzerrte Basisband-Fernsehsignal anspricht, um ein Frequenzspek-

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Λ trum zu liefern, von welchem ein erster Teil innerhalb

der Bandbreite der Übertragung^strecke und ein zweiter Teil außerhalb dieser Bandbreite liegt; eine auf das Ausgangssignal des Frequenzmodulators ansprechende Bandsperre (31) <, welche den ersten Teil des Ausgangssignals des Frequenzmodulators ausfiltert;

eine auf das Ausgangssignal der Bandsperre ansprechende Einrichtung (32, 33) zur Erzeugung des ersten Steuersignals, dessen Amplitude proportional dem Energiegebalt des ersten Teils des Ausgangssignals der Bandsperre ist und das dem veränderbaren Verstärker (22) angelegt wird.
5. Übertragungssystem nach Anspruch 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Empfänger enthaltene Erfassungseinrichtung (99, 109, 112) zur Erfassung des modulierenden Signals im empfangenen FM-Signal die im Sender bewirkten Änderungen der Verstärkung des PM-Signals fühlt, um ein zweites Steuersignal zu erzeugen, welches diese Änderungen widerspiegelt, und daß im Empfänger ein zweiter veränderbarer Verstärker (83) vorgesehen ist, der auf das zweite Steuersignal anspricht, um dem erfaßten Signal eine Verstärkung mitzuteilen, die komplementär zu der im Sender mitgeteilten Verstärkung des FM-Signals ist.
6. Übertragungssystem nach Anspruch 5·» dadurch gekennzeichnet, daß im Sender eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals vorgesehen ist, dessen Amplitude beim Fehlen von Verstärkung im Sender als Komponente des EM-Signals konstant ist und dessen Amplitude sich entsprechend der vom Verstärker im Sender eingeführten Verstärkung ändert, und daß die Erfassungseinrichtung

(99) im Empfänger auf diejenigen Amplitudenänderungen im erfaßten Videosignal, die durch den veränderbaren Verstärker im Sender verursacht sind, anspricht, um

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das zweite' Steuersignal zu erzeugen.
7· Übertragungssystem nach Anspruch 5 für den Fall, daß der Sender einen Generator zum Modulieren des FM-Signals mit einer frequenzspreizen Dreieckwellenform mit einer bekannten niedrigen Frequenz und bekannter Steigung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung einen Steigungsdetektor (102) aufweist, der die Steigung der empfangenen Dr ei eckwell en form erfaßt und sie mit einer Bezugssteigung vergleicht, um das zweite Steuersignal zu erzeugen.
8. Übertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung im Empfänger eine auf das empfangene FM-Signal ansprechende Bandsperre

(105) enthält, um den außerhalb der Übertragungs-Bandbreite liegenden Teil dieses Signals zu bestimmten, und eine Einrichtung (106, 107), die auf diesen außerhalb der Übertragungsbandbreite liegenden Teil anspricht, um das zweite Steuersignal zu erzeugen.

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