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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Bestimmung einer Frequenz für
die Abtastung analoger Bilddaten, und hier insbesondere auf ein
Verfahren zur Bestimmung einer Frequenz für die Abtastung analoger Bilddaten,
die einem digitalen Bildschirm bereitgestellt werden, um ein Bild
auf dem digitalen Bildschirm anzuzeigen. Ferner bezieht sich die
vorliegende Erfindung insbesondere auf eine Vorrichtung zum Erzeugen
von digitalen Daten aus analogen Bilddaten, um auf einem digitalen
Bildschirm ein Bild basierend auf den erzeugten Bilddaten anzuzeigen.
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Herkömmliche
Computer bzw. Rechner umfassen Elemente, z. B. Graphikkarten, um
in dem Computer erzeugte Graphikinformationen, z. B. Bilder, zur
Anzeige auf einem externen Gerät,
z. B. einem Bildschirm, bereitzustellen. Die herkömmlicherweise
verwendeten Graphikkarten erzeugen basierend auf den digitalen Signalen,
welche durch den Computer bzw. dessen Verarbeitungseinheit (CPU)
bereitgestellt werden, entsprechende, für eine Ansteuerung eines Bildschirms
geeignete Bilddaten. In vielen Anwendungen ist das dem Computer
zugeordnete Anzeigegerät,
der Bildschirm, ein analoger Bildschirm, welcher eine Kathodenstrahlröhre aufweist.
Um für
diesen, bis vor wenigen Jahren ausschließlich existierenden Anwendungsfall
die erforderlichen Daten bereitzustellen, umfaßt die Graphikkarte einen Digital-/Analogwandler, um
die durch die Graphikkarte erzeugten Bilddaten in ein analoges Signal
umzuwandeln, beispielsweise ein AGB-Signal, welches dann die Ansteuerung
des Bildschirms ermöglicht.
Neben den analogen Bilddatensignalen (AGB-Signalen) werden an den
Bildschirm noch die horizontalen und vertikalen Synchronisationssignale
ausgegeben, welche für
eine ordnungsgemäße Wiedergabe
der Bilddaten auf dem Bildschirm erforderlich sind.
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In
letzter Zeit werden jedoch zunehmend auch sogenannte digitale Bildschirme
eingesetzt, beispielsweise LCD-Bildschirme
oder LCD-Monitore (LCD = Liquid Crystal Display), welche, im Gegensatz
zu Bildschirmen mit Kathodenstrahlröhren, eine digitale Ansteuerung
erfordern. In diesem Fall ist es erforderlich, ein an einem analogen
Videoausgang eines Computers/Rechners anliegendes analoges Videosignal
in dem Bildschirm/Monitor digital weiterzuverarbeiten. Dies erfordert
es, zunächst
das analoge Videosignal mit einer Abtastfrequenz erneut zu digitalisieren.
Um die Ausgangsdaten mit möglichst
genauer Abtastfrequenz zu rekonstruieren, ist es daher wünschenswert,
das Analogsignal mit der ursprünglichen
Frequenz und mit korrekter Phasenlage abzutasten, also mit der Frequenz
und Phasenlage, mit der aus den digitalen Daten in der Graphikkarte
die analogen Videosignale am Ausgang des Rechners erzeugt wurden.
Die Phasenlage bezeichnet hierbei die Verschiebung des Abtastsignals
relativ zum erzeugten Abtastsignal, wobei die Phasenlage im allgemeinen
in Grad angegeben wird, z. B. 0 Grad, was keiner Verschiebung entspricht,
oder 180 Grad, was einer Verschiebung um eine halbe Taktperiode
gleichkommt.
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In 1 ist schematisch der Verlauf
eines analogen Videosignals (siehe 1A)
am Eingang eines digitalen Bildschirms dargestellt. Ebenso ist in 1B ein für die Abtastung dieses anliegenden
analogen Signals idealer Abtasttakt dargestellt. T bezeichnet eine
Periode des Abtasttakts.
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Während die
Erzeugung von Bildern auf analogen Bildschirmen unter Verwendung
der durch die Graphikkarte erzeugten analogen Videosignale im allgemeinen
problemlos ist, insbesondere zu keinen sichtbaren Artefakten führt, stellt
die erneute Abtastung des auf einem ursprünglicherweise digita len Signal
basierenden analogen Signals ein Problem dar, da es hier aufgrund
der erneuten Abtastung im digitalen Bildschirm zu Artefakten in
dem dargestellten Bild kommen kann, welche für einen Betrachter sichtbar
sind. Um solche Artefakte zu vermeiden, sind im Stand der Technik
verschiedene Ansätze
bekannt, auf die nachfolgend kurz eingegangen wird.
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Im
U.S.-Patent 6,268,848 wird beispielsweise ein Verfahren beschrieben,
mittels dem sichtbare Fehler in einem Bild, welches auf einem digitalen
Monitor angezeigt wird, dadurch vermieden werden, daß ein automatisches
Abtaststeuersystem eingesetzt wird, bei dem für aufeinanderfolgende Bildrahmen,
deren Bildinhalt im wesentlichen gleich bleibt, eine Phase des Abtasttaktes,
zur erneuten Abtastung des empfangenen Analogsignals, solange verändert wird,
bis ein maximaler Abtastwert erreicht wird. Der bei dem maximalen
Abtastwert erreichte Phasenwert stellt dann die für die Abtastung
dieses Rahmens optimale Phasenverschiebung des Abtasttaktes dar.
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Das
U.S.-Patent 6,147,668 beschreibt eine digitale Anzeigeeinheit, mittels
der Anzeigeartefakte, welche aufgrund des Aliasing-Effekts von hochfrequenten
Störungen
in analogen Anzeigesignalen hervorgerufen werden, vermieden bzw.
minimiert werden. Ähnlich
wie im U.S.-Patent 6,268,848 wird auch hier eine Modulation durchgeführt, um
das Abtasttaktsignal mit unterschiedlichen Phasenverzögerungen
für aufeinanderfolgende
Zeilen oder Rahmen zu beaufschlagen, so daß aufgrund dieser Modulation
das analoge Anzeigesignal für eine
Anzeige auf dem digitalen Anzeigeelement bei unterschiedlichen Abtastpunkten
für das
gleiche Pixel in unterschiedlichen Rahmen abgetastet wird.
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Bei
den oben beschriebenen Ansätzen
wird, wie zu erkennen ist, lediglich eine Abtastphase variiert, wohingegen
die Abtastfrequenz unverändert
bleibt. Die in den beiden obigen U.S.-Patenten beschriebenen Ansätze verwenden
Abtasttakte, welche basierend auf den zusammen mit dem analogen
Video signal bereitgestellten horizontalen und vertikalen Synchronisationssignalen
abgeleitet werden. Die Synchronisationssignale stellen das Referenzsignal
für den
digitalen Bildschirm dar, mit dem ein Taktgenerator in dem Bildschirm bzw.
in der Bildschirmsteuerung verriegelt ist, um basierend auf dem
Referenzsignal einen geeigneten Abtasttakt zu erzeugen.
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Herkömmlicherweise
erfolgt die Erzeugung des Referenzsignals für den Taktgenerator derart,
daß basierend
auf den empfangenen Synchronisationssignalen des analogen Signals
auf eine Nachschlagtabelle zugegriffen wird, aus der dann ein für diese
Synchronisationssignale geeigneter/idealer Referenzwert ausgesucht
wird, der dann dem Taktgenerator als Referenztakt bzw. Referenzfrequenz
zur Erzeugung des Abtasttaktes bereitgestellt wird.
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Die
obigen Ansätze
funktionieren dann gut, wenn sichergestellt ist, daß die Synchronisationssignale bzw.
das Referenzsignal, welches dem analogen Signal zugeordnet ist,
tatsächlich
die Frequenz des digitalen Signals wiedergibt, auf dessen Grundlage
das analoge Signal erzeugt wurde. In diesem Fall stimmt der durch den
Taktgenerator in dem digitalen Bildschirm bzw. in der Steuerung
desselben erzeugte Abtasttakt mit dieser Frequenz überein.
Diese Randbedingung gilt jedoch nicht für alle Graphikkarten, und ist
im Regelfall nur für sehr
hochentwickelte Graphikkarten erfüllt. Andere Graphikkarten,
z. B. günstigere
Graphikkarten, weisen Toleranzen auf, welche dazu führen, daß die für die verwendete
Frequenz in der Graphikkarte Abweichungen zu der Frequenz aufweist,
welche dem digitalen Bildschirm als optimale/ideale Abtastfrequenz
signalisiert wird. Herkömmlicherweise
liegen diese Abweichungen im Bereich von 1 bis 5 % der tatsächlich dem
Bildschirm signalisierten Abtastfrequenz.
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In
solchen Fällen
sind die oben beschriebenen Ansätze
zur Abtastung von analogen Signalen in digitalen Bildschirmen zur
Vermeidung von Artefakten oder Störungen bei der Anzeige des
Bildes nur noch bedingt einsetzbar, da hier ein Frequenzfehler bei
der Abtastung des analogen Signals vorliegt, der einer weiteren
Korrektur bedarf.
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Die
DE 19751719 A1 betrifft
ein Signalverarbeitungsverfahren für ein analoges Bildsignal.
Das analoge Bildsignal wird einer Analog/Digital-Wandlung mit einer
ersten gewählten
Abtastfrequenz unterzogen, wonach dann das abgetastete Bild auf
Bildstörungen
hin untersucht wird, um eine korrigierte Abtastfrequenz zu ermitteln.
Bei diesem Verfahren wird die Frequenz dadurch bestimmt, daß mehrere
Sektionen in Zeilenrichtung festgelegt werden, die Bildpunktwerte
in einzelnen Sektionen aufaddiert werden, die Abtastfrequenz um
einen definierten Wert erhöht
oder erniedrigt wird, das Bildsignal erneut abgetastet wird, die
Bildpunktwerte in den einzelnen Sektionen erneut aufaddiert werden,
die Differenz der Summenwerte in den einzelnen Sektionen für die beiden
Abtastvorgänge
gebildet wird, die Maxima und Minima in der Verteilung der Differenzwerte
gezählt werden
und abhängig
von der Anzahl der Maxima und Minima eine korrigierte Abtastfrequenz
eingestellt wird.
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Die
EP 0791913 A betrifft
ein Verfahren zur Einstellung eines Punkttaktsignals für Videosignale.
Hier werden zumindest zwei in Zeilenrichtung aufeinanderfolgende
Bleichgroße
Bereiche in dem anzuzeigenden Bild festgelegt, und der Bereich wird
bestimmt, in dem ein phasenbezogener Index minimal ist und somit
der Kontrast maximal ist. Unter der Annahme, daß die Phasenverschiebung entlang
der Zeile linear ist, wird hier die optimale Phase durch den Bereich
mit dem minimalen Index bestimmt. Dort wird die Abtastfrequenz basierend
auf einer vorläufigen
Frequenz, einem daraus bestimmten effektiven Anzeigebereich innerhalb
einer Bildschirmzeile und der tatsächlichen Zeilenlänge des
Bildschirms bestimmt.
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Die
EP 0756417 A betrifft
eine Videosignalverarbeitungseinheit zur automatischen Einstellung
der Phase von Abtasttakten. Ein Testsignal wird der Einheit bereitgestellt,
wel ches in Synchronität
mit einem Abtasttaktsignal in digitale Form umgewandelt wird. Pixeldaten
in einem effektiven Bereich des Videosignals werden ausgelesen und
die Differenz zwischen den Mittelwerten der weißen Pixeldaten und dem Mittelwert
der schwarzen Pixeldaten werden berechnet. Ferner wird die Gesamtvarianz
zwischen der Varianz der weißen
Pixeldaten und der Varianz der schwarzen Pixeldaten bestimmt. Die
Phase des Abtasttaktsignals wird so gesteuert, daß die Differenz
zwischen den Mittelwerten maximal ist und die Gesamtvarianz minimal
ist.
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Die
DE 19940384 A betrifft
ein Verfahren zum Nachstellen der Phase bei Flachbildschirmen. Die
steigende Flanke eines Videoimpulses eines ausreichend hellen Bildpunktes
wird in einer ersten Bildspalte neben dem Back-Porch-Bereich ermittelt.
Die abfallende Flanke des Videoimpulses wird in einem ausreichend
hellen Bildpunkt in der letzten Bildspalte neben dem Front-Porch-Bereich
ermittelt und die Phase wird so eingestellt, daß der Abtastzeitpunkt in etwa
in der Mitte zwischen der steigenden und der fallenden Flanke eines
Videoimpulses angeordnet ist.
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Die
US-A-5,805,233 betrifft
ein Verfahren zur automatischen Korrektur der Pixeltaktphase und
-frequenz bei einer Analog/Digital-Umwandlung eines Videosignals.
Das digitale Videosignal wird durch Erzeugen eines Pixeltaktsignals
und Digitalisieren des analogen Videosignals basierend auf dem Pixeltaktsignal
erzeugt. Eine erwartete Breite, gemessen in der Anzahl von Pixeltaktsignalen,
des Videobildes, das durch das analoge Videosignal erzeugbar ist,
wird bestimmt. Ferner wird eine aktuelle Breite berechnet. Stimmen
die aktuelle Breite und die erweiterte Breite nicht überein,
so wird zumindest eine Frequenzkomponente und eine Phasenkomponente
des Pixeltaktsignals so lange verändert, bis die zwei Breiten
gleich sind.
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Die
US-A-5,255,330 beschreibt
ein Verfahren zur Bestimmung der optimalen Phase eines Abtasttaktsignals,
das verwendet wird, um eine Kopie eines Bildes zu erhalten. Die
Phase des Abtastsignals wird auf einen anfänglichen Wert gesetzt und nach
jeder Kopie des Bildes um einen vorbestimmten Betrag inkrementiert.
Die so erzeugten Daten werden in ein Histogramm übertragen, und aus dem Histogramm
wird eine geeignete Phase des Taktsignals abgeleitet.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen,
die es ermöglichen,
für die
erneute Digitalisierung eines analogen Signals eine Abtastfrequenz
zu erzeugen, die gut an die Frequenz eines digitalen Signals angepaßt ist,
welches dem analogen Signal zugrunde lag.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine
Vorrichtung gemäß Anspruch
12 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Bestimmung einer
Frequenz für
die Abtastung analoger Bilddaten, die einem digitalen Bildschirm
bereitgestellt werden, um ein Bild auf dem digitalen Bildschirm
anzuzeigen, mit folgenden Schritten:
- (a) Festlegen
von zumindest zwei in Zeilenrichtung aufeinanderfolgenden Bereichen
in dem anzuzeigenden Bild;
- (b) Bestimmen einer Abtastphase in jedem der festgelegten Bereiche,
so daß ein
Kontrast in allen festgelegten Bereichen maximal oder minimal wird;
- (c) Bestimmen eines örtlichen
Verlaufs der Abtastphase in Zeilenrichtung, basierend auf den im
Schritt (b) bestimmten Abtastphasen in den festgelegten Bereichen;
und
- (d) Bestimmen der Abtastfrequenz, basierend auf einem idealen
Abtastwert und einem Modifikationswert, der aus dem im Schritt (c)
bestimmten örtlichen
Verlauf der Abtastphase abgeleitet wird.
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Beim
Bestimmen der Abtastphase gemäß dem Schritt
(b) wird eine Abtastphase in jedem der festgelegten Bereiche bestimmt,
mit der die beste oder schlechteste Abtastung erreicht wird, und
der Kontrast in dem festgelegten Bereich somit maximal oder minimal
ist.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Erzeugen
von digitalen Daten aus analogen Bilddaten, um auf einem digitalen
Bildschirm ein Bild basierend auf den erzeugten Bilddaten anzuzeigen, mit
einem
A/D-Wandler, der einen Dateneingang zum Empfangen der analogen Bilddaten,
einen Datenausgang zum Ausgeben der digitalen Bilddaten und einen
Takteingang umfaßt;
einem
Taktgenerator, der einen Taktausgang zum Ausgeben eines Taktsignals
und einen Steuereingang zum Empfangen eines Taktfrequenzsteuersignals
umfaßt;
einem
Phasenschieber, der einen Takteingang zum Empfangen des Taktsignals
von dem Taktgenerator, einen Taktausgang zum Ausgeben eines phasenverschobenen
Taktsignals an den Takteingang des A/D-Wandlers und einen Steueranschluß zum Empfangen
eines eine Phasenverschiebung festlegenden Steuersignals umfaßt; und
einer
Steuerung mit einem Eingang zum Empfangen der digitalen Daten von
dem A/D-Wandler, einem ersten Steuerausgang zum Ausgeben des Taktfrequenzsteuersignals
an den Taktgenerator und einem zweiten Steuereingang zum Ausgeben
des die Phasenverschiebung festlegenden Signals an den Phasenschieber,
wobei die Steuereinrichtung basierend auf den am Eingang bereitgestellten
digitalen Daten
- – zumindest zwei in Zeilenrichtung
aufeinanderfolgende Bereiche in dem anzuzeigenden Bild festlegt,
- – in
jedem der Bereiche eine Abtastphase so bestimmt, daß ein Kontrast
in allen festgelegten Bereichen maximal oder minimal wird,
- – einen örtlichen
Verlauf der Abtastphase in Zeilenrichtung basierend auf den bestimmten
Abtastphasen bestimmt,
- – die
Abtastfrequenz basierend auf einem idealen Abtastwert und einem
Modifikationswert bestimmt, der aus dem örtlichen Verlauf der Abtastphase
abgeleitet ist, und
- – das
Taktfrequenzsteuersignal entsprechend der bestimmten Abtastfrequenz
erzeugt.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Abtastphase, welche den maximalen
oder minimalen Kontrast in einem festgelegten Bereich aufweist,
dadurch erzeugt, daß eine
Mehrzahl von Referenzwerten bei jeweils verschiedenen Abtastphasen
und gleicher Abtastfrequenz erzeugt wird, wobei der Referenzwert
durch die Summen der absoluten Differenzen von aufeinanderfolgenden Intensitätswerten
in dem festgelegten Bereich definiert ist. Aus den so erzeugten
Referenzwerten wird ein maximaler oder minimaler Referenzwert ausgewählt, wobei
durch den maximalen bzw. minimalen Referenzwert ein maximaler bzw.
minimaler Kontrast definiert ist.
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Gemäß einem
anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Abtastphase, welche den maximalen
oder minimalen Kontrast in einem festgelegten Bereich aufweist,
dadurch erzeugt, daß eine
erste Messung in jedem der betrachteten Bereiche bei einer festgelegten
Abtastphase und einer festgelegten Abtastfrequenz durchgeführt wird,
um einen ersten Referenzwert für
jeden der Bereiche zu erhalten. Dann wird eine zweite Messung in
jedem der betrachteten Bereiche durchgeführt, um einen zweiten Referenzwert
für jeden
der Bereiche zu erhalten.
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Für jeden
der betrachteten Bereiche wird eine Differenz der durch die erste
Messung und die zweite Messung erhaltenen Referenzwerte erzeugt.
Diese Messung wird bei einer Mehrzahl von verschiedenen Abtastphasen/Phasenwerten
durchgeführt,
um eine Mehrzahl von Differenzwerten zu erhalten. Abschließend wird
für jeden
der betrachteten Bereiche der maximale Differenzwert, der einen
minimalen Kontrast anzeigt, oder der minimale Differenzwert, der
einen maximalen Kontrast anzeigt, aus der Mehrzahl von erhaltenen
Differenzwerten ausgewählt.
Alternativ können
für jeden
der Bereiche und für
jede der Abtastphasen eine beliebige Anzahl von Messungen durch
geführt
werden, auf deren Grundlage dann mehrere Differenzwerte für jeden
Bereich erhalten werden.
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Das
Bestimmen des örtlichen
Verlaufs und der Abtastfrequenz umfaßt gemäß einem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
zunächst
das Bestimmen einer Geraden, die durch die bestimmten besten oder schlechtesten
Abtastphasen verläuft.
Für diese
Gerade wird dann die Steigung ermittelt. Der Modifikationswert wird
basierend auf der Steigung der Geraden festgelegt, und die Abtastfrequenz
wird durch Addieren des idealen Abtastwertes und des Modifikationswerts
erhalten, wobei ein Vorzeichen des Modifikationswerts davon abhängt, ob
die Gerade steigend oder fallend ist, die Steigung also ein positives
oder negatives Vorzeichen aufweist. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
werden in dem Verlauf der Abtastphasen gerade Abschnitte und Sprünge bestimmt,
und die Anzahl der Sprünge
in dem Verlauf wird erfaßt.
Der Modifikationswert entspricht dann der Anzahl der Sprünge, und
die Abtastfrequenz wird erneut durch Addieren des idealen Abtastwertes
und des Modifikationswerts erhalten. Um das Vorzeichen des Modifikationswerts
zu bestimmen, ist festzustellen, ob die geraden Abschnitte im örtlichen
Verlauf steigend oder fallend sind.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die
beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 den Verlauf eines analogen
Signals in 1A am Eingang
eines digitalen Bildschirms, und einen zur Abtastung des analogen
Eingangssignals idealen Abtasttakt in 1B;
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2 ein Blockdiagramm einer
Vorrichtung zum Erzeugen einer Abtastfrequenz gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Darstellung eines
Bildschirms mit aktivem Bild, in dem eine Mehrzahl von Meßbereichen, die
zur Frequenzbestimmung gemäß der vorliegenden
Erfindung herangezogen werden, dargestellt sind;
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4 ein Beispiel für die Bestimmung
eines schlechten Referenzwerts (4A)
und eines guten Referenzwerts (4B),
der zur Bestimmung der Abtastphasen herangezogen wird; und
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5 den örtlichen Verlauf der besten
Abtastphasen für
die Mehrzahl von Bereichen in 3.
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Nachfolgend
wird anhand der 2 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
näher erläutert. Anschließend erfolgt
unter Bezugnahme auf das in 2 dargestellte
Blockdiagramm eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 2 ist das Blockdiagramm
einer Steuereinrichtung dargestellt, wie sie beispielsweise in der
Eingangsstufe eines digitalen Bildschirms, beispielsweise eines
LCD-Bildschirms,
Verwendung findet.
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Die
Vorrichtung umfaßt
einen Analog/Digital-Wandler (ADW) 100, der an einem Eingang 102 ein
analoges Eingangssignal, beispielsweise ein analoges Videosignal
von einer Graphikkarte eines Computers bzw. Rechners empfängt. An
einem Takteingang 104 empfängt der Analog/Digital-Wandler 100 ein
Taktsignal, basierend auf dem der Analog/Digital-Wandler eine Abtastung
der am Eingang 102 empfangenen analogen Signale durchführt. Die
erzeugten, digitalisierten Signale werden durch den Analog/Digital-Wandler 100 an
dessen Datenausgang 106 bereitgestellt. Die durch den Analog/Digital-Wandler 100 erzeugten
Daten werden am Ausgang 106 desselben einer Datenleitung 108 bereitgestellt.
Das am Takteingang 104 des Analog/Digital-Wandlers 100 anliegende
Taktsignal wird auf einer Taktleitung 110 geführt. Die
Datenleitung 108 und die Taktleitung 110 erstrecken
sich weiter zum Anzeigeelement des digitalen Bildschirms, um demselben
die zur Anzeige erforderlichen Datensignale und Taktsignale bereitzustellen.
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Ferner
umfaßt
die Anordnung gemäß der 2 einen Taktgenerator 112,
der an einem Steuereingang 114 ein Taktfrequenzsteuersignal
empfängt.
An einem Ausgang 116 des Taktgenerators 112 gibt
derselbe ein abhängig
von dem am Steuereingang 114 anliegenden Steuersignal erzeugtes
Taktsignal aus.
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Ein
Phasenschieber 118 ist vorgesehen, der an einem Eingang 120 das
von dem Taktgenerator 112 erzeugte Taktsignal empfängt. Ferner
weist der Phasenschieber 118 einen Steuereingang 122 auf,
an dem derselbe ein Steuersignal empfängt, welches eine Phasenverschiebung
festlegt, mit der das vom Taktgenerator 112 empfangene
Taktsignal zu beaufschlagen ist. Das phasenverschobene Taktsignal
wird dann an einem Ausgang 124 des Phasenschiebers bereitgestellt.
Der Ausgang des Phasenschiebers 124 ist über die
Taktleitung 110 mit dem Eingang des Analog/Digital-Wandlers 100 verbunden.
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Weiterhin
umfaßt
die Vorrichtung eine Regelung/Steuerung 126, die an einem
ersten Eingang 128, der mit der Datenleitung 108 verbunden
ist, das durch den Analog/Digital-Wandler erzeugte Datensignal empfängt. Die
Steuerung ist wirksam, um an einem ersten Steuerausgang 130 das
Taktfrequenzsteuerungssignal bereitzustellen. Ebenso ist die Steuerung 126 wirksam,
um an einem zweiten Steuerausgang 132 das die Phasenverschiebung
festlegende Signal für
den Phasenschieber 118 bereitzustellen.
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Die
Steuerung 126 arbeitet gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,
wobei die für
die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
erforderlichen Ansteuersignale für
den Taktgenerator und den Phasenschieber beispielsweise aufgrund
von in der Steuerung 126 implementierten Ablaufsteuerungen/Algorithmen
durchgeführt
werden. Ferner umfaßt
die Steuerung 126 eine Signalverarbeitungseinheit, um die
am Eingang 128 empfangenen Datensignale zu verarbeiten
und auszuwerten.
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Nachfolgend
wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
unter Bezugnahme auf die in 2 dargestellte
Vorrichtung näher
erläutert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
geht, wie oben beschrieben wurde, davon aus, daß eine dem digitalen Bildschirm
signalisierte ideale Abtastfrequenz zur Neuabtastung des analogen
Eingangssignals durch den Analog/Digital-Wandler 100 nicht
die tatsächliche
Frequenz des digitalen Signals war, welches dem analogen Signal
zugrunde lag. Vielmehr ist damit zu rechnen, daß aufgrund der Toleranzen der
verwendeten Graphikkarte zur Erzeugung des analogen Signals Abweichungen
von der idealen Frequenz im Bereich von maximal 1 bis 5 % existieren.
Diese Abweichung macht es erforderlich, eine Modifikation der idealen
Abtastfrequenz durchzuführen,
um eine Neuabtastung/Neudigitalisierung des analogen Eingangssignals
derart durchzuführen,
daß ein
durch die analogen Eingangsdaten definiertes Bild ordnungsgemäß, insbeson dere
ohne sichtbare Fehler, auf dem digitalen Bildschirm angezeigt werden
kann.
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Zur
Bestimmung der erforderlichen Frequenz zur Abtastung der Eingangsdaten,
die durch eine bestimmte Vorrichtung (Graphikkarte) erzeugt werden,
werden erfindungsgemäß Bereiche
des analogen Signals betrachtet, welche sich wiederholen. Tatsächlich werden
für das
erfindungsgemäße Verfahren
statische Rahmen (Frames) verwendet, und in diesem gleichen Rahmen
wird beispielsweise eine einzelne oder mehrere Bildschirmzeilen
betrachtet. Für
das erfindungsgemäße Verfahren
wird also vorzugsweise das gleiche Bild/der gleiche Rahmen für eine Mehrfachabtastung
zur Bestimmung der optimalen Abtastfrequenz bereitgestellt. Ferner
gilt, daß die
Periode des Abtasttaktes, welcher dem Analog/Digital-Wandler 100 bereitgestellt
wird, ein ganzzahliger Teiler der Zeitdauer des sich wiederholenden
Bereichs des analogen Signals ist, wobei die horizontale Periode
ein Vielfaches der Pixelperiode ist, welche mittels einer PLL-Schaltung
erzeugt wird.
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Mittels
der in 2 dargestellten
Regel- und Meßschleife
kann nun die Abtastfrequenz und auch die Abtastphase aus den digitalen
Videodaten auf der Datenleitung 108 ermittelt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Bestimmung der Abtastfrequenz setzt hierbei auf ein Verfahren zur
Bestimmung der besten/schlechtesten Abtastphase auf, ist aber unabhängig davon,
wie diese beste/schlechteste Abtastphase tatsächlich bestimmt wird. Beispielsweise
kann zur Bestimmung der besten oder schlechtesten Abtastphase auf
die in der Beschreibungseinleitung genannten U.S.-Patente 6,268,848
bzw. 6,147,668 zurückgegriffen
werden, welche zwei Ansätze
zur Bestimmung der besten/schlechtesten Abtastphase offenbaren.
Für die
Frequenzbestimmung kann sowohl ein Verfahren, welches die schlechteste
Abtastphase bestimmt, oder ein Verfahren, welches die beste Abtastphase
bestimmt, verwendet werden.
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In
der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
wird davon ausgegangen, daß für die Frequenzbestimmung
ein Verfahren herangezogen wird, welches die beste Abtastphase bestimmt. Ein
Verfahren, welches auf der Bestimmung der schlechtesten Abtastphase
basiert, ist analog anwendbar.
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Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zunächst
eine „Messung" (Abtastung) der am
Eingang 102 des Analog/Digital-Wandlers 100 anliegenden
analogen Daten des stationären
Rahmens mit einer frei gewählten
Abtastfrequenz durchgeführt.
Basierend auf den erhaltenen Datensignalen erfolgt dann eine Berechnung
eines Fehlers, welcher die Abweichung der gewählten Abtastfrequenz zur bekannten,
idealen Abtastfrequenz (siehe oben) angibt. Hinsichtlich der frei
gewählten
Abtastfrequenz ist festzuhalten, daß diese grundsätzlich beliebig
gewählt
werden kann. Um ein Ergebnis jedoch in kurzer Zeit, als nach kurzer
Berechungsdauer, zu erhalten, wird die frei wählbare Abtastfrequenz gewählt, um
in etwa der erwarteten Abweichung zu entsprechen. Vorzugsweise wird
die frei wählbare
Abtastfrequenz gewählt,
um einer erwarteten Frequenz zu entsprechen. Werden beispielsweise
für eine
verwendete Graphikkarte Abweichungen von der optimalen Frequenz
im Bereich von ±1
bis ±5
% erwartet, so ist die frei gewählte
Abtastfrequenz vorzugsweise in diesem Bereich um die optimale Abtastfrequenz
gewählt.
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Nachdem
der sich wiederholende analoge Signalbereich M Abtasttakte breit
ist, kann die Abtastfrequenz als M Takte angegeben werden, wobei
beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
M die Anzahl der Pixel pro horizontaler Zeile des digitalen Bildschirms
ist.
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Zur
Frequenzermittlung, also zur Ermittlung der tatsächlichen Abtastfrequenz, wird
nun in dem aktiven Bildschirmbereich eine Mehrzahl von N Bereichen
(N ≥ 2) ausgewählt. In 3 ist ein Bildschirm dargestellt, der
ein aktives Bild darstellt, in dem eine Mehrzahl von Meßbereichen
gezeigt sind.
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3 zeigt schematisch den
Anzeigebereich 134 des digitalen Bildschirms, der, wie
oben beschrieben, M Pixel breit ist, also M Pixel in jeder horizontalen
Zeile aufweist. Weiter ist in 3 ein
auf dem Bildschirm 134 dargestelltes aktives Bild 136 gezeigt.
In dem aktiven Bild 136 sind eine Mehrzahl von Meßbereichen 1380 bis 1386 gezeigt.
Diese Bereiche 1380 bis 1386 werden zur Frequenzermittlung herangezogen.
In diesen Bereichen wird die beste Abtastphase bestimmt, wie dies
nachfolgend noch beschrieben wird. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind sieben
Bereiche 1380 bis 1386 gezeigt, wobei die vorliegende Erfindung
jedoch nicht auf diese Anzahl beschränkt ist. Tatsächlich ist
es ausreichend, wenn zumindest zwei Bereiche ausgewählt werden,
wobei die Genauigkeit jedoch mit zunehmender Anzahl der ausgewählten Bereiche steigt.
Die Bereiche 1380 bis 1386 sind ferner hinsichtlich der Position
abhängig
von dem erwarteten Frequenzfehler gewählt, nämlich so, daß diese
abhängig
von dem erwarteten Frequenzfehler in Zeilenrichtung einen vorbestimmten
Abstand aufweisen. Zwei in Zeilenrichtung aufeinanderfolgend bzw.
benachbart angeordnete Bereiche sollten einen Abstand aufweisen,
der kleiner oder gleich dem vorbestimmten Abstand ist, wobei dieser
im Regelfall abhängig
von dem angenommenen Fehler bei der Abtastung in einer entsprechenden
Anzahl von Pixeln definiert ist.
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Ferner
werden vorzugsweise die Bereiche so gewählt, daß hier Bildbereiche bestimmt
sind, in denen die beste Abtastphase am leichtesten zu bestimmen
ist, was beispielsweise in Bereichen mit hohem Kontrast sehr einfach
möglich
ist. Wie aus 3 zu erkennen
ist, ist es nicht zwingend erforderlich, daß alle Meßbereiche 138 bis 1386 der gleichen Zeile des Bildes zugeordnet
sind. Diese können
tatsächlich
auch, wie im konkreten Anwendungsfall dargestellt ist, in verschiedenen
Zeilen angeordnet sein.
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In
den beispielsweise in 3 bestimmten
Bereichen 1380 bis 1386 wird nun erfindungsgemäß zunächst eine
beste Abtastphase bestimmt. Die beste Abtastphase wird mit dem nachfolgend
näher beschriebenen
Verfahren bestimmt.
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Über die
festgelegten Bereiche 1380 bis 1386 des sich wiederholenden Bereichs des
digitalisierten Eingangssignals wird ein sogenannter Referenzwert
RW errechnet. Für
dieselben Unterbereiche – das
analoge Signal wiederholt sich ja – werden mit verschiedenen
Abtastphasen die zugehörigen
Referenzwerte bestimmt. In diesem Fall ist die Steuerung 126 (siehe 2) wirksam, um am Ausgang 130 das
Frequenzsteuersignal konstant zu halten, und am Ausgang 132 verschiedene
Phasenverschiebungssignale für
die verschiedenen Berechnungsabschnitte bereitzustellen. Für die beste
Phaseneinstellung in einem Bereich ergibt sich dann der maximale
oder größte Referenzwert,
wohingegen sich für
die schlechteste Phaseneinstellung der minimale/niedrigste Referenzwert
einstellt.
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Der
Referenzwert berechnet sich aus der Summe der absoluten Differenz
zweier aufeinanderfolgenden Abtastwerte aller in einem der Meßbereiche
befindlichen Abtastwerte. Der Meßbereich kann bis zu einer Messung
von zwei Abtastwerten klein sein oder sich über mehrere Zeilen eines Rahmens
erstrecken.
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Der
Referenzwert berechnet sich gemäß der folgenden
Berechnungsvorschrift:
RW = Referenzwert,
n
= Anzahl der Abtastwerte in dem betrachteten Bereich,
x = Intensitätswert eines
abgetasteten Pixels.
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Dieser
Referenzwert ist somit ein Wert, welcher mit größer werdendem Kontrast größer wird.
Die beste Abtastphase ist diejenige Abtastphase, bei der der Kontrast
einen höchsten/maximalen
Wert annimmt. Der Vorteil des gerade beschriebenen Verfahrens zur
Referenzwertberechnung besteht darin, daß hier kein Zeilen- oder Bildspeicher
erforderlich ist, um zu erkennen, ob der Kontrast mit geänderter
Phase besser oder schlechter wird.
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Um
kleine Unterschiede, z. B. analoges Rauschen, zu unterdrücken, kann
vorgesehen sein, nur diejenigen Differenzen aufzusummieren, welche
größer sind
als ein vorbestimmter Schwellenwert.
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In 4 ist ein Beispiel für die Bestimmung
eines guten und eines schlechten Referenzwerts dargestellt. In 4A ist eine Abtastung des
analogen Eingangssignals mit einer festen Abtastfrequenz (siehe
Periode T) gezeigt, bei der die Abtastphase so gewählt ist,
daß sich
bei der Abtastung zwei benachbarte digitale Werte von 0,8 und 0,3
ergeben, was zu einem Referenzwert von 0,5 führt.
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In 4B ist die Abtastung des
gleichen analogen Signals mit der gleichen Frequenz (siehe Periode T)
dargestellt, jedoch mit einer Abtastphase, die zu einem digitalen
Abtastwert von 1,0 und einem benachbarten Abtastwert von 0,0 führen, so
daß sich
ein großer
Referenzwert von RW = 1,0 ergibt, was einen hohen Kontrast zwischen
den zwei abgetasteten Punkten im analogen Signal wiederspiegelt.
In 4A ist somit eine Abtastung
mit einer schlechten Abtastphase dargestellt, und in 4B ist die Abtastung mit
einer guten Abtastphase dargestellt. Unter der Annahme, daß der in 4B erreichbare Referenzwert
der maximale Referenzwert ist, wird dieser dann für den betrachteten
Bereich dem weiteren Verfahren zugrundegelegt. Bei einer Ausführungs form
der vorliegenden Erfindung, bei der anstelle der besten Abtastphase
die schlechteste Abtastphase verwendet würde, würde anstelle der Verwendung
des in 4B bestimmten
Referenzwerts der in 4A bestimmte
Referenzwert als minimaler Referenzwert weiterverwendet.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel
können
für dieselben
Unterbereiche mit der gleichen Phaseneinstellung verschiedene Messungen
durchgeführt
werden, um für
jeden der Bereiche eine Mehrzahl von Referenzwerten zu erhalten.
In jedem Bereich werden dann die Differenzen der verschiedenen Referenzwerte gebildet.
Ein maximaler Differenzwert zeigt in einem Bereich die schlechteste
Phaseneinstellung an, und ein minimaler Differenzwert zeigt in einem
Bereich die beste Phaseneinstellung an. Grund hierfür ist der
Abtasttaktjitter, da sich das analoge Signal im Bereich der besten
Abtastung am wenigsten verändert,
ergibt sich dort auch die geringste Differenz. Genauer gesagt wird
erfindungsgemäß bei diesem
Ausführungsbeispiel
zunächst
eine erste Messung in jedem der betrachteten Bereiche bei einer
festgelegten Abtastphase und einer festgelegten Frequenz durchgeführt. Anschließend wird
eine zweite Messung in jedem der betrachteten Bereiche durchgeführt. Anschließend erfolgt
eine Erzeugung der Differenz der durch die ersten und zweiten Messung
erhaltenen Meßwerte.
Die vorhergehenden Schritte werden bei verschiedenen Phaseneinstellungen
wiederholt, um eine Mehrzahl von Differenzwerten zu erhalten, aus
denen der maximale Differenzwert, der einen minimalen Kontrast anzeigt,
oder der minimale Differenzwert, der einen maximalen Kontrastwert
anzeigt, für jeden
Bereich ausgewählt
werden.
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Nachdem
nun für
jeden der Bereiche die beste Abtastphase oder schlechteste Abtastphase
erzeugt und bestimmt wurde, wird nun basierend auf den so erfaßten Abtastphasen
die Frequenzbestimmung durchgeführt.
Hierfür
werden die erhaltenen Meßwerte
graphisch in einem Koordinatensystem dargestellt. Hierzu wird, wie
in 5 gezeigt ist, als
x-Wert (Abszisse) die Nummer des mittleren Abtastwerts des Meßbereichs verwendet,
und an der y-Achse (Ordinate) wird die diesem Bereich zugeordnete
und bestimmte Abtastphase eingezeichnet. Somit ergeben sich für die betrachteten
Abtastwerte die in 5 aufgezeichneten
besten/schlechtesten Phasenwerte, die auf die oben beschriebene
Art und Weise bestimmt wurden.
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Die
so über
der x-Achse aufgetragenen Punkte betreffend die besten Abtastphasen
werden dann mit einer Geraden verbunden, wie dies in
5 gezeigt ist, und mittels
bekannter mathematischer Verfahren wird nun die Steigung S der Geraden
in Grad pro Abtastwert ermittelt. Beispielsweise wird die Steigung
gemäß der folgenden
Berechnungsvorschrift bestimmt
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Bei
der Berechnung von S sind jedoch Sprünge zu berücksichtigen, bei denen die
Abtastphasenwerte zwischen einem minimalen (0 deg) und einem maximalen
(360 deg) Wert springen, wie dies in 4 angedeutet
ist.
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Nachdem
die Steigung der Geraden bestimmt wurde, kann die richtige Abtastfrequenz
gemäß der nachfolgenden
Berechnungsvorschrift bestimmt werden:
mit.
M = idealer Abtastwert,
ΔM = Modifikationswert,
S
= Steigung, und
Mn = korrigierter Frequenzwert.
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Alternativ
kann die korrigierte oder richtige Abtastfrequenz auch dadurch bestimmt
werden, daß die Anzahl
der Sprünge
in dem Verlauf der Abtastphasen in den M Abtasttakten bestimmt wird.
Dieser Wert entspricht dann dem Absolutwert von ΔM. Das Vorzeichen wird bestimmt,
indem festgestellt wird, ob die Gerade steigend oder fallend ist.
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Ist
die Abtastfrequenz korrekt eingestellt, ergibt sich nun für jeden
der N Bereiche die beste Abtastphase.