DE1922372B2

DE1922372B2 - Schaltung zur Impulswiederherstellung aus einem Video-Signal einer Zeichenabtastung

Info

Publication number: DE1922372B2
Application number: DE1922372A
Authority: DE
Inventors: Donald Dennis Los Gatos Calif. Baumann (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-05-21
Filing date: 1969-05-02
Publication date: 1980-05-29
Also published as: US3566281A; DE1922372C3; GB1272433A; DE1922372A1; FR2008959A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Impulswiederherstellung aus einem Video-Signal einer Zeichenabtastung mit einer verzerrten Impulskomponente und einer schwankenden Gleichspannungskomponente, bei der in einer von dem Video-Signal angesteuerten Bezugssignalschaltung ein das Video-Signal von der positiven Seite annäherndes und ein das Video-Signal von der negativen Seite annäherndes Steuersignal erzeugt wird und aus diesen beiden Steuersignalen ein dynamisches Bezugssignal abgeleitet wird, mit dem die Impulse aus dem Video-Signal ausgeblendet werden.

Ein älterer Vorschlag aus dem deutschen Patent 37 560 betrifft eine Schaltung dieser Art. Bei dieser vorgeschlagenen Schaltung ist das eine Steuersignal den positiv ansteigenden Flanken und das andere den negativ ansteigenden Flanken des Video-Signales proportional. Das daraus abgeleitete Bezugssignal hat nach der negativen und der positiven Seite fast genauso große Amplitudenwerte wie das Video-Signal und schmiegt sich diesem deshalb sehr stark an, so daß die Schnittpunkte zwischen Bezugssignal und Video-Signal die für die Lage der Flanken des wiederhergestellten Impulssignales maßgebend sind, sehr stark von den Zufälligkeiten in den jeweiligen Spannungsverhä'itnissen abhängen.

Aus der FR-PS 13 46 5€2 ist eine Schaltung zur Impulswiederherstellung aus einem Video-Signal bekannt, bei der ebenfalls mit einer aus dem Video-Signal abgeleiteten dynamischen Schwelle gearbeitet wird, die periodisch bei jedem Zeilenanfang auf einen vorbestimmten Schwarzwert angehoben wird und zwischen diesen Werten durch Unterdrückung der Extremwerte des Video-Signals diesem nachgeformt wird. Diese Vorveröffentlichung ist mit dem Anmeldungsgegenstand nicht gattungsg!i;ich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit möglichst einfachen Mitteln eine möglichst originalgetreue Impulswiederherstellung erzielbar ist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignalschaltung einen Positivspitzendetektor, einen Negativspitzendetektor und einen Addierer aufweist, welcher P'ositivspitzendetektor eine das Video-Signal von der positiven Seite einhüllende dynamische Positivspitzenspannung erzeugt, welcher Negativspitzendetektor eine das Video-Signal von der negativen Seite einhüllende dynamische Negativspitzenspannung erzeugt und welcher Addierer mit diesen beiden dynamischen Spannungen angesteuert wird und diese zur Bezugsspannung addiert, und daß ein Verzögerer für das auszublendende Video-Signal vorgesehen ist.

Nach der Erfindung liegt die Bezugsspannung zwischen den extremen Amplitudenwerten des Video-Signals und hat deshalb sehr viel geringere Ausschläge, so daß die maßgeblichen Schnittpunkte präziser definiert sind.

Die bei der Erzeugung der Bezugsspannung beteiligten Zeitkonstanten wird man klein im Verhältnis zur Zeitdauer der Abtastung eines Dokumentes wählen, damit die beiden Spitzenspannungen das Video-Signal möglichst eng einhüllen, um auf diese Weise eine für Normalfälle optimale Lage der Bezugsspannung zu erzielen. Das kann aber in Extremfällen, wenn der Abtaststrahl auf einem gezeichneten Strich entlangfährt und sich ein sehr langer Video-Impuls ergibt, zu Fehlfunktionen führen. Diese Umstände treten bei der Abtastung normaler Schriftzeichendokumente nicht auf, sondern sind in der Regel nur bei zeichnerischen Darstellungen und dergleichen zu erwarten. Diese Fehlfunktionen kann man gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung vermeiden, die gekennzeichnet ist durch einen zusätzlichen extremen Negativspitzendetektor, der eine extreme Negativspitzenspannung erzeugt, die den jeweils negativsten Spitzenwert des Video-Signals annimmt und bis zum nächst negativeren Spitzenspannungswert beibehält, und durch eine zweite Addiererschaltung, deren Eingangsanschlüsse an den Alisgangsanschluß des extremen Negativspitzendetektoirs und des Positivspitzendetektors und deren Ausgangsanschluß über einen unsymmetrischen Widerstand an einen steuernden Eingangsanschluß des Negativspitzendetektors angeschlossen sind.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fi g. 1 im Blockdiagramm ein erstes Ausführungsbei-

spiel,

Fig.2 ein Zeitspannungsdiagramm zu dem ersten Ausführungsbeispiel,

F i g. 3 die Schaltung des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig.4 ein weiteres Zeitspannungsdiagramm zum ersten Ausführungsbeispiel,

F i g. 5 im Blockdiagramm ein zweites Ausführungsbeispiel,

F i g. 6 ein Zeitspannungsdiagramm zu dem zweiten Ausführungsbeispiel und

F i g. 7 ausschnittsweise die Schaltung zu dem zweiten Ausführungsbeispiel.

F i g. 1 zeigt die Grundform eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung. An den Eingangsanschluß 10 gelangt ein analoges Video-lmpulssignal, wie es zum Beispiel bei der optischen Abtastung von Schriftdokumenten gewonnen wird. Aus diesem Eingangssignal soll ein bistatisches elektrisches Impulssignal am Ausgangsanschluß 12 abgeleitet werden. Das Video-Eingangssignal gelangt in zwei Stromkreise, von denen der eine einen Verzögerer 14 und der andere eine Bezugssignalschaltung 16 aufweist Die Bezugssignalschaltung 16 weist einen Positivspitzendetektor 18 und einen Negativspitzendetektor 20 auf. Diese beiden Detektoren 18 und 20 sind ausgangsseitig an einen Addierer 22 angeschlossen. Das verzögerte Video-Signal gelangt an den einen Eingang eines Differentialverstärkers 24, der vorzugsweise mindestens eine übersteuerte Stufe aufweist Das Ausgangssignal des Addierers 22 ist eine Bezugsspannung und gelangt an den anderen Eingangs- κ> anschluß des Differentialverstärkers 24, wo es mit dem verzögerten analogen Video-Signal verglichen wird.

Eine Schaltung, die hier durch das Element 26 dargestellt ist, dient dazu, einen Minimalschwellwert festzusetzen, um zu vermeiden, daß der Positivspitzen- J5 detektor 18 immer wieder auf das negative Niveau zurückgeführt wird. Kreuzweise gelegte Verbindungen zwischen deir. Ausgang der einen Detektorschaltung an die jeweils andere Detektorschaltung dienen zur Rückschaltung der Detektorschaltungen, nachdem ein ■»<> entsprechender Impuls verarbeitet wurde.

In F i g. 2 ist mit 30, vergleiche F i g. 2(a), 2(b) und 2(d), das Video-Eingangssignal bezeichnet. Die Positionsspitzenspannung des Positivspitzendetektors 18 ist mit 32 und die Negativspitzenspannung des Negativspitzendetektors 20 ist mit 34 bezeichnet. In Fig.2(b) sind diese beiden Kurven 32 und 34 gemeinsam mit dem Video-Eingangssignal 30 dargestellt, während F i g. 2(c) als Kurve 36 die Bezugsspannung am Ausgang des Addierers 22 zeigt, die an einen Eingangsanschluß des ^w Differentialverstärkers 24 gelangt. Das Video-Signal wird, wie aus Fig.2(d) ersichtlich, gemäß Kurve 38 verzögert und dieses verzögerte Video-Signal 38 wird mit der Bezugsspannung 36 gemäß F i g. 2(e) verglichen. Das daraus resultierende bistatische Impulssignal am ^3S Ausgangsanschluß 12 ist in Fig.2(0 als Kurve 40 dargestellt. Solange die Spannung des verzögerten Video-Signals 38 die Bezugsspannung 35 überragt, wird ein Impuls 40 getastet.

Fig.3 zeigt ein Schaltungsbeispiel zu dem Ausfüh- ^b0 rungsbeispiel der Fig. 1. Die Bezugsziffern aus Fig. 1 sind in Fig.3 für die gleichen Teile übernommen, jedoch zum Unterschied gegenüber der F i g. 1 mit einem »Strich« versehen.

Gemäß Fig.3 gelangen die eingespeisten analogen Signale an den Eingangsanschluß 10' und von da an einen Video-Eingangspuffertransistor 42 und von da an einen Symmetrieverstärkertransistor 44. Der letztgenannte Transistor 44 treibt einen Verzögerer 14' mit in Serie geschalteten Kondensatoren 46, 47, 48, die über Induktivitäten 50 und 51 geschunted sind. Die Verzögerungswerte sind so festgesetzt, daß ein Eingangssignal bei allen in Frage stehenden Frequenzen um eine Zeitspanne etwas größer als die Anstiegszeit für einen Video-Impuls ist Beim praktischen Beispiel eines optischen Schriftstückabtasters war diese Verzögerungszeit fünf Microsekunden. Das Ausgangssignal des Verzögerers 14' gelangt über einen Verstärkertransistor 54 an den einen von zwei Eingangstransistoren 61, 62 eines Differentialverstärkers 24'.

Das eingespeiste analoge Video-Signal gelangt auch über den Anschluß 60 an die Bezugssignalschaltung 16', und zwar über einen Pufferverstärker mit den beiden Transistoren 64 und 65. Der Transistor 65 ist in Emitterfolgeschaltung geschaltet. Der Positivspitzendetektor 18' enthält einen Transistor 68 und einen Kondensator 70. Die Spannung über dem Ladekondensator 70 steuert die Transistoren 72 und 74. Der Negativspitzendetektor 20' ist in gleicher Weise aufgebaut und weist den Transistor 78 und den Kondensator 80 auf. Die Spannung des Kondensators 80 steuert die Transistoren 82 und 84. Der Ausgang der Positivspitzendetektorschaltung am Emitter des Transistors 74 gelangt über einen Widerstand 86 an den Negativspitzendetektor 20', um diesen, nachdem ein Impuls verarbeitet wurde, zurückzuschalten. In entsprechender Weise ist über den Widerstand 88 der Ausgang des Negativspitzendetektors 20' am Transistor 84 zur Rückführung an den Positivspitzendetektor 18' geschaltet. Die Rückführungszeitkonstante der Spitzendetektorschaltungen hängt von der Aufbauzeitkonstante des nachfolgenden Video-Impulses ab. In der Praxis liegi diese Zeit in der Größenordnung von 80—100 Microsekunden. Sie wird bestimmt durch den Wert der Kondensatoren 70 und 80 und der Widerstände 88 und 86. Das minimale Begrenzerniveau für den Positivspitzendetektor 18' wird durch eine Schaltung 26' bestimmt, die den Widerstand 90 und die Dioden 92 und 94 enthält. Die Ausgangsspannungen der Detektorschaltungen in den Transistoren 74 und 84 gelangen in den Addierer 22', der als einfacher Widerstandsaddierer aufgebaut ist, und zwar mit zwei Widerständen 96 und 98. Der Ausgang des Addierers 22' am Anschluß 100 gelangt an die Basis des anderen Eingangstransistors 62 des Verstärkers 24'.

Der Differentialverstärker 24' kann in konventioneller Weise ausgeführt sein, vorzugsweise ist er ein Rechteckimpuls formender Verstärker, der auf diese Weise die Impulsform des Ausgangssignals noch etwas verbessert. Dieser Verstärker kann zu diesem Zweck einige übersteuerte Stufen aufweisen, oder einen ausgangsseitigen Spannungsbegrenzerkreis oder beides. Mit 102 und 104 sind zwei Dioden bezeichnet die so geschaltet sind, daß sie das Ausgangssignal daran hindern, unter eine Grundspannung abzusinken. Mit 106 ist ein Transistor zur Regulierung eines konstanten Stromes und mit 108 ein Abgleichpotentiometer bezeichnet Die Amplitudenbegrenzung kann durch das Verhältnis der Addiererwiderstände 96 und 98 verändert werden. Wenn die beiden Addiererwiderstände 96 und 98 gleichen Wert haben, dann werden die Video-Impulse auf einen Amplitudenwert von 50% begrenzt. Nachdem ein Impuls verarbeitet ist, werden die Spitzendetektoren 18' und 20' auf ein relatives Ruheniveau zurückgeführt, und zwar gesteuert durch die Ausgangsspanhung der jeweils anderen Detektor-

schaltung. Aul diese Weise ist es möglich, identische Signalamplitucien, die sich lediglich im absoluten Niveau unterscheiden, auf die gleiche Weise zu begrenzen. Das bedeutet also, daß ein Eingangsimpuls, der von +1 auf + 2 Volt variiert, in der gleichen Weise begrenzt wird wie ein Eingangsimpuls, der von +2 auf +3VoIt variiert. Die Signalamplitude ist aber in jedem Fall 1 Volt.

Wenn große Bereiche zum Hintergrund entgegengesetzter Polarität abgetastet werden, wenn also zum Beispiel in einer Ingenieurzeichnung entlang einer Tuschelinie abgetastet wird, dann ergeben sich Fehler im Ausgangssignal. Diese haben ihre Ursache darin, daß die Negativspitzendetektorschaltung sich gegen das positive Niveau entsprechend dieser Tuschelinie ausgleicht, als wäre dies ein neuer Hintergrund. Anhand des Diagramms in F ig. 4 werden diese besonderen Umstände erläutert Gemäß Fig.4 ist das analoge Eingangssignal mit 110 bezeichnet, während mit 112 und 114 die Ausgangssignale des Positivspitzendetektors 18 und des Negativspitzendetektors 20 bezeichnet sind. Die daraus abgeleitete Bezugsspannung ist mit 116 bezeichnet, die gemäß Fig.4(d) mit der verzögerten Eingangsspannung 118 verglichen wird. Aus der daraus abgeleiteten Impulsspannung 120 gemäß F i g. 4(e), die am Ausgangsanschluß 12 auftritt, ist ersichtlich, daß die langdauernden Impulse des Video-Signales 110 nicht korrekt im Ausgangssignal 120 wiedergegeben werden. Dieser Fehler wird in einer Modifikation gemäß F i g. 5 vermieden. Ein Extremnegativspitzendetektor 122 mit einer langen Zeitkonstante ermittelt und hält die extremen negativen Niveaus des analogen eingespeisten Video-Signals über die Dauer der gesamten Abtastung. Der Ausgang eines Extremnegativspitzendetektors 122 gelangt an einen zweiten Addierer 124, und zwar mit dem Ausgangssignal des Positivspitzendetektors 18. Das aus diesen beiden Signalen addierte Signal gelangt über einen unsymmetrischen Widerstand 126 — beispielsweise ein Gleichrichterelement — an den Negativspitzendetektor 20, und zwar als Fangspannung, die dieser Negativspitzendetektor 20 nicht überlaufen kann. Mit dieser abgeänderten Schaltung können auch große Bereiche mit dem Hintergrund entgegengesetzter Polarität abgetastet werden, ohne daß dadurch die Wiedergabetreue im Ausgangssignal beeinträchtigt wird.

Fig.6 zeigt ein Diagramm zu Fig.5, wobei das Eingangsvideo-Signal 110 das gleiche ist wie bei F i g. 4. Die Kurve 132 ist das Ausgangssignal der Positivspitzendetektorschaltung und die Kurve 134 das Ausgangssignal der Negativspitzendetektorschaltung, während die Kurve 136 das Ausgangssignal der Extremnegativspitzendetektorschaltung ist Das in dem Addierer 22 addierte Signal ist in der Kurve 138 aufgetragen. Gemäß Fig.6(d) wird das verzögerte Eingangssignal 118 mit der Bezugsspannung 138 verglichen und daraus wird in dem Differentialverstärker ein Ausgangsimpulssignal 140 abgeleitet, das nunmehr sehr präzise in der angestrebten bistatischen Form das analoge Eingangssignal wiedergibt

Fig.7 zeigt den Schaltungsteil aus Fig.3, der zwischen den Schaltknoten 60 und 100 gelegen ist, in der gemäß F i g. 5 abgeänderten Form. Die übrigen in F i g. 7 nicht dargestellten Schaltungsteile sind mithin bei diesem Ausführungsbeispiel genauso ausgebildet wie gemäß F i g. 3. Teile, die aus F i g. 7 mit den entsprechenden aus F i g. 3 identisch sind, sind mit den gleicher Bezugsziffern bezeichnet. Der Hauptunterschied bei den Schaltungen liegt darin, daß der zusätzliche Extremnegativspitzendetektor 122' und der zweite Addierer 124' sowie der unsymmetrische Widerstand 126 vorgesehen sind. Die Schaltung 122' enthält einen Transistor 148 und einen Kondensator 150. Die Zeitkonstante dieser Schaltung 122' ergibt sich aus dem Kapazitätswert des Kondensators 150 und seinem

ίο Lekwiderstand. Dieser Lek- oder Kurzschlußwiderstand ist so hoch gewählt, daß sich eine möglichst lange Zeitkonstante ergibt. Die Zurückführung der Schaltung 122' wird durch Schließen des Schalters 151 eingeleitet, wodurch der Kondensator 150 auf ein positives Spannungsniveau aufgeladen wird. Dieser Schalter 151 ist vorzugsweise ein Teil des Schalters für die Einschaltung der Dokumentenabtastung oder wird von diesem Schalter betätigt. Die extreme negative Spitzenspannung über dem Kondensator 150 gelangt über die Transistoren 152, 154 an einen Anschluß eines Potentiometers 124', das den Addierer bildet. Der eine andere Anschluß des Potentiometers 124' liegt am Ausgang des Positivspitzendetektors 18', und zwar am Kollektor des Transistors 74. Das Potentiometer 124' erlaubt es, die Bezugsspannung für jedes abzutastende Dokument durch Verstellen des verstellbaren Abgriffes einzujustieren. Dieses Potentiometer ist hier deshalb vorgesehen, weil die Unterschiede von Dokument zu Dokument sehr beträchtlich sein können, was es zweckmäßig macht, die erwähnte Justierung für jedes Dokument vorzunehmen beziehungsweise vorzusehen. Bei der Abtastung des Dokumentes mit einem Fotovervielfacher sind verschiedene Schwellwertspannungen beteiligt. Die Geräuschimpulse am Ausgang dei Fotovervielfacherröhre wachsen mit dem absoluter Niveau des Abtastsignals. Die Amplitudenempfindlichkeit der Schaltung nach der Erfindung ist eine Funktion dieses Schwellwertes, d. h. also, daß das Signal, das mil der erfinderischen Schaltung behandelt werden soll eine Amplitude haben muß, die über diesen Schwellwen hinausragt. Aus diesem Grunde ist der Schwellwert eine Funktion des Ausgangs des, Negativspitzendetektors 20. um auf diese Weise die Empfindlichkeit der Schaltung anzuheben, ohne dadurch Hintergrundgeräusche an das Ausgangssignal gelangen zu lassen. Für einen schwarzen Hintergrund ist deshalb die Schwellwertspannung niedrig, weil die Geräuschspannung niedrig ist und kleine Amplitudenwerte abgetastet werden. Bei grauem Hintergrund dagegen ist die Schwellwertspannung hoch, weil das Hintergrundsignal groß ist und mit einem stärkeren Geräuschsignal behaftet ist. Aus diesem Grunde wird das Element 26 aus F i g. 1 durch eine Steuerschaltung 26" gemäß Fig.7 ersetzt Diese Steuerschaltung enthält zwei Transistoren 162,164 und zwei Widerstände 166, 168 mit einer bestimmter Verstärkung, die proportional ist zum Ausgang des Negativspitzendetektors 20 und dem erforderlicher Schwellwert des Positivspitzendetektors la In einei praktischen Anwendung war diese Verstärkung 1,1 bis 1,5.

Die beschriebene Schaltung ist geeignet für Abtastungen schwarzer Linien auf hellem Hintergrund. Sie isi auch anwendbar in Verbindung mit hellen Linien aui schwarzem Hintergrund, indem man das Eingangssigna invertiert an die Eingangsanschlüsse 10 gelangen läßt

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Schaltung zur Impulswiederherstellung aus einem Video-Signal einer Zeichenabtastung mit einer verzerrten Impulskomponente und einer schwankenden Gleichspannungskomponente, bei der in einer von dem Video-Signal angesteuerten Bezugssignalschaltung ein das Video-Signal von der positiven Seite annäherndes und ein das Video-Signal von der negativen Seite annäherndes Steuerst- "> gnal erzeugt wird und aus diesen beiden Steuersignalen ein dynamisches Bezugssignal abgeleitet wird, mit dem die Impulse aus dem Video-Signal ausgeblendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugssignalschaltung (16) einen Positivspitzendetektor (18), einen Negativspitzendetektor (20) und einen Addierer (22} aufweist, welcher Positivspitzendetektor (18) eine das Video-Signal von der positiven Seite einhüllende dynamische Positivspitzenspannung (32) erzeugt, welcher Negativspitzendetektor (20) eine das Video-Signal von der negativen Seite einhüllende dynamische Negativspitzenspannung (34) erzeugt und welcher Addierer (22) mit diesen beiden dynamischen Spannungen angesteuert wird und diese zur -*> Bezugsspannung (36) addiert, und daß ein Verzögerer (14) für das auszublendende Video-Signal vorgesehen ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen extremen Negativspitzendetektor (122), der eine extreme Negativspitzenspannung erzeugt, die den jeweils negativsten Spitzenwert des Video-Signals annimmt und bis zum nächst negativeren Spitzenspannungswert beibehält, und durch eine zweite Aduiererschaltung (124), deren Eingangsanschlüsse an den Ausgangsanschluß des extremen Negativspitzendetektors (122) und des Positivspitzendetektors (18) und deren Ausgangsanschluß über einen unsymmetrischen Widerstand an einen steuernden Eingangsanschluß des Negativspitzendetektors (20) angeschlossen sind.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Extrem-Negativspitzendetektor (122) durch einen Schalter (151) umschaltbar ist, der bei Betätigung des Wechselmechanismus für den Wechsel eines Zeichenträgers betätigbar ist.