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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im allgemeinen die Steuerung der Helligkeit und des Kontrasts und
betrifft insbesondere die Steuerung der Helligkeit und des Kontrasts
in digitalen Test- und Meßinstrumenten.
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Hintergrund
der Erfindung
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Wenn man "Helligkeit" und "Kontrast" erwähnt,
denkt man sofort an die vertrauten Steuerungen, die gewöhnlich in
Fernsehempfängern
angetroffen werden. Beim Fernsehen ändert eine Helligkeitseinstellung
den Gleichspannungspegel (d.h. "Offset") des gesamten Fernsehsignals
und das Ändern
der Kontrasteinstellung bewirkt eine Vergrößerung oder Verringerung des
Bereichs zwischen den am schwächsten
beleuchteten und den am stärksten
beleuchteten Teilen des Bildes (d.h. "Verstärkung"). In einem modernen Digitaloszilloskop
erzeugen die Helligkeits- und die Kontraststeuerung einen etwas ähnlichen
Effekt, bearbeiten jedoch in einer sehr unterschiedlichen Weise
sehr unterschiedliche Signale.
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Eine kurze Erörterung des Betriebs eines modernen
Digitaloszilloskops kann angebracht sein, bevor zur vorliegenden
Erfindung übergegangen wird.
Moderne Digitaloszilloskope verwenden im allgemeinen Rasterabtastanzeigen,
um die Aktivität von
elektrischen Signalen für
ihre Benutzer darzustellen. Jede Rasterabtastanzeige, wie z.B. jene,
die täglich
auf Computerbildschirmen zu sehen sind, besteht aus einer zweidimensionalen
Matrix von Pixeln, wobei jede Pixelstelle durch eine Zeilennummer
und eine Spaltennummer eindeutig definiert ist. Die einfachsten
und preiswertesten Versionen solcher Anzeigen sind "Einbit"-Anzeigen, bei denen
der Speicher, aus dem sie die anzuzeigende Information gewinnen,
nur ein Bit für
die jedem Pixel zugeordnete Intensitätsinformation besitzt. Bei
einer solchen Anzeige bestimmt dieses einzige Informationsbit, ob das
ihm zugeordnete Pixel entweder "ein" oder "aus" ist, wobei "ein" vorgibt, daß ein vorbestimmtes
Ausmaß an
Intensität
zur Beleuchtung des Pixels zu verwenden ist, und "aus" angibt, daß das Pixel überhaupt
nicht zu beleuchten ist.
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Die komplexere und teurere Alternative
zu einer Einbit-Anzeige ist eine Mehrbit-Anzeige, die eine variable
Intensität
(auch als "Graustufe" bekannt) oder Farbvariationen
als Ersatzindikator für
die Helligkeit bereitstellen kann. Die jedem Pixel einer Anzeige
mit variabler Intensität
zugeordneten Speicherstellen enthalten mehrere Bits für die Intensitätsinformation,
die die Anzahl der veränderlichen
Intensitätspegel
angeben, mit denen sie beleuchtet werden können. Wie die Pixel von Einbit-Anzeigen
können diejenigen
von Mehrbit-Anzeigen einen "Aus"- oder dunklen Zustand
zeigen, aber anstelle eines Werts für die Beleuchtung besitzen
sie mehrere Werte. Typischerweise ist die Anzahl der verfügbaren Werte 2N-1, wobei N die Speichertiefe an jeder Adresse
des Rasterspeichers ist. Somit kann beispielsweise ein vier Bit
tiefer Rasterabtastspeicher fünfzehn
Pegel einer teilweisen bis maximalen Beleuchtung sowie den dunklen
oder "Aus"-Zustand unterstützen. Die
Pixelintensität
kann auch in unterschiedliche Farben sowie Intensität oder "Helligkeit" umgesetzt werden.
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Mit dieser größeren Menge an Daten können Mehrbit-Anzeigen
mehr Information über
das Verhalten von elektrischen Signalwellenformen unter Beobachtung übertragen,
insbesondere wenn das Signal nicht vollkommen periodisch ist und
daher in einigen Bereichen eine geringere Aktivität aufweist
als in anderen. Das US-Patent 4 940 931 "Digital Waveform Measuring Apparatus
Having A Shading-tone Display" (Katayama
et al.) be schreibt ein System zur Erzeugung von digitalen Anzeigen
mit variabler Intensität.
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Tyrpischerweise erfassen Digitaloszilloskope Informationen über das
Verhalten eines Schaltungsknotens durch periodisches Abtasten der
an dem Knoten vorliegenden Spannung. Die Oszilloskop-Sondenspitze
wird mit dem Knoten in Kontakt gebracht und die Sonde und der Vorrechner
des Oszilloskops reproduzieren genau das Signal oder einen gewissen
vorbestimmten Bruchteil oder ein Vielfaches des Signals und übergeben
es an einen Analog-Digital-Wandler. Das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers
ist eine Reihe von digitalen Mehrbit-Worten, die in einem Erfassungsspeicher
gespeichert werden. Nacheinander erfaßte Abtastwerte werden an fortlaufend
zugehörigen
Adressen im Erfassungsspeicher gespeichert und werden dadurch mit
einem Zeitmaßstab
in Zusammenhang gebracht. Diese Adressen werden schließlich in
einen Zeitmaßstab
zurückverwandelt,
von denen einer als horizontaler Abstand entlang der x-Achse der
Rasterabtastanzeige des Oszilloskops dargestellt wird.
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Bei einem typischen Digitaloszilloskop
bestimmen Spannungsamplitudenwerte, die von dem Dateninhalt einer
Erfassungsspeicherstelle gewonnen werden, die vertikale Stelle (Zeilennummer)
eines beleuchteten Pixels, während
die Zeitwerte, die von den Adressen des Erfassungsspeichers gewonnen
werden, die horizontale Stelle (Spaltennummer) bestimmen. Der Prozeß der Erweiterung
des Inhalts und der Adressen eines Erfassungsspeichers, um einen
Inhalt für
einen zweidimensionalen Rasterspeicher zu erzeugen, ist als "Rastern" bekannt.
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Die Ausgabe eines Rasterprozesses
wird gewöhnlich
mit einem gewissen bereits vorhandenen Inhalt eines Rasterspeichers.
kombiniert, und der resultierende zusammengesetzte Rasterinhalt
kann anschließend
regelmäßig einer
gewissen Art Abklingvorgang unterzogen werden. Die digitale Nachleuchtdauer
und das Abklingen sind beispielsweise aus dem US-Patent 5 440 676 "Raster Scan Waveform
Display Rasterizer With Pixel Intensity Gradation" (Alappat, et al.),
dem US-Patent 5 387 896 "Rasterscan
Display With Adaptive Decay" (Alappat,
et al.) und dem US-Patent 5 254 983 "Digitally Synthesized Gray Scale For
Raster Scan Oscilloscope Displays" (Long, et al.) bekannt.
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Das Ergebnis des vorstehend beschriebenen
Verfahrens ist ein Rasterspeicher mit Speicherstellen, von denen
jede ein digitales Mehrbit-Wort enthält, das die gewünschte Beleuchtung
eines entsprechenden Pixels der Anzeige darstellt.
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Die US-Patentanmeldung mit der Seriennummer
09/056 042 "BITS-PER-PIXEL REDUCTION
FROM VARIABLE INTENSITY RASTERIZER TO VA-RIABLE INTENSITY OR COLOR DISPLAY" (Siegel, et al.),
eingereicht am 3. April 1998 und auf denselben Anmelder wie die
vorliegende Anmeldung übertragen,
offenbart die Bedienung von Kontrast- und Helligkeitssteuerungen
in einem Oszilloskop, wie z.B. dem vorstehend beschriebenen. Gemäß dieser Erfindung
werden die Bit-pro-Pixel-Werte unter einer Steuerung, die der Bedienperson
ermöglicht,
die Verstärkung
und den Offset der Übertragungsfunktion
zu wählen,
verringert. Vom Standpunkt des Benutzers erscheinen solche Steuerungen
jeweils als Kontrast- und Helligkeitseinstellungen. In diesem Dokument
ist offenbart, daß ein
Pixelintensitätswert
aus 21 Bits durch Vergleichen des Werts aus 21 Bits mit einer Reihe
von Schwellwerten und entsprechendes Festlegen der 4 Bits des Pixelintensitätsanzeigeworts
in ein Pixelintensitätsanzeigewort
aus 4 Bits abgebildet wird. In dieser Quelle wird ferner offenbart,
daß bei
einer Ausführungsform
der maximale Pixelintensitätswert über eine
Helligkeitssteuerung eingestellt werden kann.
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Die von Tektronix Inc. hergestellten
Oszilloskope der Reihe TDS-7xxD sind gegenwärtige Oszilloskope, die die
Lehre von Siegel et al. verkörpern.
In den TDS-7xxD werden die Kon trast- und Helligkeitsfunktionen über einen
einzigen Knopf gesteuert, der mittels einer Menüauswahl jeder Funktion zugeordnet
wird. Vom Standpunkt des Benutzers ist die Steuerung dieser Funktionen
im wesentlichen dieselbe wie bei zwei Knöpfen, einem für die Helligkeit
und einem für
den Kontrast. Die Bedienung dieser Steuerungen wird nachstehend
im Vergleich zur Bedienung der vorliegenden Erfindung erläutert.
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Obwohl diese Anordnung angemessen
arbeitet, ist man der Ansicht, daß die abwechselnde Verwendung
desselben Knopfs für
die zwei unterschiedlichen Funktionen zu einer gewissen Verwirrung
des Verbrauchers führen
kann, insbesondere da die Kontrast- und Helligkeitsfunktionen ein
wenig interaktiv sind, wie nachstehend erläutert wird. Aus den nachstehend
zu erläuternden
Gründen
wurde auch festgestellt, daß,
wenn die Anzeige von Farbe auf Schwarz-Weiß umgeschaltet wurde, oder
umgekehrt, die Kontrast- und Helligkeitseinstellungen nachgeregelt
werden mußten.
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Was erforderlich ist, ist eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur schnellen und leichten gleichzeitigen Steuerung
sowohl der Helligkeit als auch des Kontrasts über einen einzigen Knopf, was
ein Ausgangssignal erzeugt, das den verfügbaren dynamischen Bereich
gut ausnutzt, und bewirkt, daß sich diese
Einstellung sowohl bei der Betriebsart Schwarz-Weiß als auch
Farbe in einer äquivalenten Weise
verhält.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine Vorrichtung und ein Verfahren,
die in einem Test- und Meßinstrument
zur gleichzeitigen Einstellung sowohl des Kontrasts als auch der
Helligkeit über
einen einzigen Knopf brauchbar sind, verwenden eine Schar von modifizierten
Gammakurven, die jeweils mehrere Schwellwerte aufweisen, zur Abbildung
von Pixelintensitätsworten
aus mehreren Bytes in ein Pixelintensitäts-Anzeigesteuerwort aus mehreren
Bits. Eine einzige vom Benutzer bedienbare Intensitätssteuerung
führt die
Auswahl einer speziellen Gammakurve aus der Schar von Gammakurven
aus und bewirkt die gleichzeitige Einstellung sowohl des Kontrasts
als auch der Helligkeit.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Schar von 15 modifizierten Gammakurven mit 100 Intensitätswerten
gemäß einem
Aspekt der Erfindung.
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2 zeigt
eine Schar von 100 modifizierten Gammakurven mit 15 Schwellwerten
gemäß einem zweiten
Aspekt der Erfindung.
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3 zeigt
einen Schaltungskomplex gemäß der Erfindung.
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4 ist
ein schematisches Diagramm der Intensitätsabbildungsschaltung zur Durchführung einer
Verringerung der Bits pro Pixel in einer erfindungsgemäßen Weise.
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Ausführliche
Beschreibung der Ausführungsform
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Auf dem Fachgebiet der Fernseh- und
Videoanzeigen ist es gut bekannt, daß zwischen einem speziellen
Pixelintensitätswert
und der tatsächlichen Beleuchtung,
die an diesem Pixel auf einer Anzeigevorrichtung erzeugt wird, eine
nicht-lineare Beziehung besteht. Um diese Nicht-Linearität zu korrigieren,
wird die Pixelintensitätsinformation
im allgemeinen durch die Anwendung eines Gammakorrekturfaktors korrigiert.
Gammakurven sind gut bekannte Korrekturkurven, die die allgemeine
Gleichung y = xGamma verwenden.
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Um eine Verwechslung mit diesem gut
bekannten Konzept zu vermeiden, sollte am Anfang beachtet werden,
daß die
vorliegende Anmeldung die Gammafunktion nicht wegen ihrer normalen
Anzeigekorrekturverwendung verwendet, sondern vielmehr wegen einem vollkommen
anderen Zweck. Dieser vollkommen andere Zweck ist die Entwicklung
einer Schar von Kurven zur Verwendung in einem Digitaloszilloskop
oder dergleichen, die gleichzeitig eine Steuerung sowohl des Kontrasts
als auch der Helligkeit mit einem einzigen Knopf und mit guter Ausnutzung
des verfügbaren
dynamischen Bereichs ermöglichen.
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Ein erster Versuch bei einer Lösung der
vorstehend angegebenen Probleme bestand darin, die Intensitätsdaten
unter Verwendung einer Schar von Standard-Gammakurven (d.h. in der
Form y = xGamma) auf die Anzeige abzubilden.
Leider waren die Ergebnisse unbefriedigend, und Fachleute auf dem
Gebiet, die die Arbeit beobachteten, behaupteten, daß eine Lösungsmethode
auf der Basis der Verwendung von Gammakurven einfach nicht funktionieren
würde. Nichtsdestotrotz
weigerte sich der vorliegende Erfinder, diese Bemühungsrichtung
aufzugeben, und erkannte statt dessen, daß ein modifizierter Satz von Gammakurven
bei zweckmäßiger Auslegung
dazu gebracht werden könnte,
zufriedenstellend zu arbeiten. Die 1 und 2 sind Darstellungen einer
solchen Schar von modifizierten Gammakurven, die jeweils auf denselben
Daten basieren, aber aus verschiedenen Perspektiven aufgetragen
sind.
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Ein Schlüssel zur erfolgreichen Modifikation der
Gammakurven waren die folgenden Erkenntnisse.
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Der erste Schwellwert in jeder Kurve
sollte auf Null gesetzt werden.
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Die Eingabe-Ausgabe-Übertragungsfunktionen
sollten in zwei Bereiche unterteilt werden, wobei die lineare Abbildung
(d.h.
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y = mx) die Grenze zwischen den beiden
darstellt. Anstelle einer gleichen Unterteilung der Bereiche wurde
entschieden, 75% der Steuerbarkeit den helleren Einstellungen (d.h.
denjenigen Kurven unterhalb der Kurve y = mx von 2) und 25% den dunkleren Einstellungen
(d.h. denjenigen Kurven oberhalb der Kurve y = mx von 2) zuzuordnen.
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Für
die dunkleren Einstellungen wird die folgende Formel verwendet:
y
= mx1/(b·(d – G)/n) wobei
b, d, m, n Konstanten sind und G eine Funktion der vom Benutzer
gesteuerten Eingangsintensität
ist. (GL. 1)
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Für
die helleren Einstellungen wird die folgende Formel verwendet:
y
= mxb·(G – d)/n wobei
b, d, m, n Konstanten sind und G eine Funktion der vom Benutzer
gesteuerten Eingangsintensität
ist. (GL. 2)
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Die vorstehend angegebenen Konstanten werden
für die
Ausnutzung eines breiten dynamischen Bereichs und so, daß die lineare
Kurve y = mx, die die zwei Bereiche unterteilt, einen vernünftigen Mittelpunkt
zwischen den zwei Kurvensätzen
darstellt, eingestellt.
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Eine Kurve wird mit der höchsten Intensität erzeugt,
die für
eine beliebige Eingabe Nullwerte aufweist, um zu bewirken, daß irgendeine
summierte Intensität
die volle Intensität
oder Farbe erhält.
Das heißt,
eine beliebige Intensität überschreitet
die Nullschwelle und erzeugt eine Anzeige mit voller Helligkeit.
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Da helle Gammakurven mit guter Krümmung bewirken,
daß niedrigere
Schwellwerte sehr nahe bei Null abbilden, tritt durch Erzeugen von
linearen Abbildungen für
die unteren 2/3 dieser Gammakurven eine signifikant bessere Ausnutzung
des dynamischen Bereichs auf.
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Schließlich wird hierin erkannt,
daß ein Sprung
von der hellsten Gammakurve zur "Nullwert"-Kurve einen Sprung
in der Intensität
verursacht, die oberen werte der hellsten Gammakurven sollten so
verändert
werden, daß sie
diese Lücke etwa
linear überdecken.
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1 kann
die beste FIGUR zum Beginnen sein, um die vorliegende Erfindung
leicht zu verstehen. Mit Bezug auf 1 ist
eine Schar von fünfzehn Kurven
dargestellt. Jede Kurve stellt einen Satz von Schwellwerten für die Abbildung
von 100 Pixelintensitäts-Eingangswerten
in einen Prozentsatz des Skalenendwerts eines Totalintensitätswerts
dar. Somit ist die Ausgabe dieses Prozesses ein Prozentmultiplikationsfaktor.
Man könnte
erwarten, daß der
Ausgangswert direkt eine Pixelintensität darstellt. Der durch diesen
Prozeß erzeugte
Prozentmultiplikator wird jedoch mit einem Skalenendhelligkeitswert
multipliziert, der selbst keine Konstante ist, sondern statt dessen
gemäß anderen
Oszilloskopeinstellungen einer Schwankung unterworfen ist.
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Um den Betrieb gemäß 1 zu verstehen, beachte
man, daß alle
Schwellwertkurven im oberen linken Bereich des Kurvenbildes eng
zusammen gruppiert sind. Somit erzeugen die durch das Kurvenbild
dargestellten Übertragungsfunktionen
gewöhnlich
links im Kurvenbild dunkle Bildschirmwerte und zur rechten Seite
des Kurvenbildes hin helle Bildschirmwerte. In dieser Hinsicht ist
es wichtig zu beachten, daß auf
der linken Seite des Kurvenbildes die unterste Schwellwertkurve
derart gewählt
ist, daß das
Eingangssignal 80% des verfügbaren
Bereichs überschreiten
muß, bevor
ein Ausgangssignal zur Beleuchtung eines Pixels erzeugt wird.
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Mit Bezug auf 2 sind dieselben Daten in einer anderen
Form angezeigt, das heißt,
100 Kurven mit 15 Schwellwerten pro Kurve. Man beachte, daß in 2 höhere Kurven in dem Kurvenbild
dunklere Anzeigen erzeugen. Dies liegt daran, daß die Schwellwerte (oder Schwellen)
so hoch eingestellt sind, daß die
meisten Pixelintensitäts-Eingangssignale
sie nicht überschreiten.
Folglich werden nur Pixelintensitäts-Ausgangsdaten mit niedrigem Pegel erzeugt. Die
Verwendung der obersten Kurve bildet die anzuzeigenden Intensitätsdaten
mit der geringsten Helligkeit und niedrigem Kontrast ab (d.h., wie
durch die leichte Steigung der Kurve gezeigt). Die zweitniedrigste
Kurve des Kurvenbildes bildet die anzuzeigenden Intensitätsdaten
mit hoher Helligkeit, aber wieder mit niedrigem Kontrast ab. Die
unterste Kurve ist eine, die für
irgendeinen Pegel einer Eingangssignalintensität eine maximale Helligkeit
erzeugt. Wie vorstehend angegeben, wird hierin erkannt, daß, da ein Sprung
von der hellsten Gammakurve zur "Nullwert"-Kurve einen Sprung
in der Intensität
verursacht, die oberen Werte der hellsten Gammakurven so verändert wurden,
daß sie
diese Lücke
etwa linear überdecken,
wie durch die 7 Kurven im unteren rechten Bereich von 2 gezeigt.
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Die Kurve für die lineare Abbildung (y
= mx), die mit 210 bezeichnet ist, unterteilt das Kurvenbild in zwei
Abschnitte, wobei das meiste (ungefähr 75%) der Steuerbarkeit den
helleren Einstellungen zugeordnet wird und 25% den dunkleren Einstellungen
zugeordnet wird. Dieses Merkmal zeigt sich auch in 1 in dem Bereich des Kurvenbildes, der
sich von etwa 25% der vollen Helligkeit zu 100 der vollen Helligkeit
erstreckt. Bezüglich 2 wählt ein Benutzer durch Bedienen
des vorstehend erwähnten
einzigen Intensitätssteuerknopfs
einen Satz von Schwellwerten aus einer speziellen Kurve aus.
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Man beachte, daß durch Treffen einer solchen
Auswahl der Benutzer gleichzeitig sowohl einen Offset- (d.h. Helligkeits-)
Wert als auch eine spezielle Kontrast- (d.h. Verstärkungs-,
Steigungs-) Einstellung auswählt.
In den Versionen des Standes der Technik des vorstehend erwähnten TDS-7xxD-Oszilloskops
wurden diese Einstellungen nacheinander und iterativ durchgeführt. In
diesem System des Standes der Technik gab es 25 Helligkeitskurven
und 25 Kontrastkurven für
jede Helligkeitseinstellung. Um sich vorzustellen, wie dieses System
arbeitet, betrachte man eine beliebige gegebene Kurve von 2. In dem System des Standes
der Technik könnte
ein Benutzer zuerst einen Helligkeitspegel auswählen und anschließend die
Steigung der Linie um diesen Punkt durch Drehen des Kontraststeuerknopfs ändern. (Alternativ
könnte
ein Benutzer zuerst einen Kontrastpegel auswählen und anschließend den
Offset der Linie von diesem Punkt durch Drehen des Helligkeitssteuerknopfs ändern).
Leider erhielt der Benutzer keine Anleitung hinsichtlich dessen, welche
dieser möglichen
Auswahlen die beste Ausnutzung des verfügbaren dynamischen Bereichs
bereitstellen könnte,
und mußte
sich auf seine Wahrnehmung dessen, was auf dem Bildschirm "gut aussah", verlassen.
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In dem speziellen Fall, in dem Farbe
anstatt ein Beleuchtungspegel verwendet wird, um die relative Wiederholung
eines speziellen Treffers auf einem gegebenen Pixel anzuzeigen,
setzt sich die gute Ausnutzung des dynamischen Bereichs auf die
Verwendung eines Regenbogens von Farben in der Anzeige um. Das heißt, eine
Farbdarstellung eines Signals mit niedrigem Kontrast würde nur
ein paar Farben verwenden, wohingegen eine Farbdarstellung eines
Signals mit hohem Kontrast von einem größeren Bereich von Farben Gebrauch
machen würde.
Bei dem vorstehend beschriebenen System des Standes der Technik
könnte
eine spezielle willkürliche
Einstellung, die für
einen Benutzer in der Monochrom- (Schwarz-Weiß-) Anzeige "gut aussehen würde", sehr wenige Farben
in einer Farbanzeige verwenden, was eine Nachregelung sowohl des
Helligkeits- als auch des Kontrastknopfs erfordern würde. Es wurde
festgestellt, daß die
Verwendung der vorliegenden Erfindung das Umschalten zwischen Farb- und
Schwarz-Weiß-Anzeigen
ermöglicht,
ohne daß die
Intensitätssteuerung
mit dem einzigen Knopf nachgeregelt werden muß.
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Die Kurven der 1 und 2 setzen
auf 100 Sätze
von 15 Schwellwerten zur Verwendung in dem Schaltungskomplex von 3 um und erzeugen einen
Prozentwert zur Multiplikation mit dem vorstehend erwähnten Skalenendhelligkeitswert.
Der Skalenendhelligkeitswert kann in Abhängigkeit davon, welche von
zwei Betriebsarten gewählt
ist, entweder ein theoretischer (aber dennoch von der Einstellung abhängiger)
Maximalwert oder ein tatsächlicher Meßwert, der
Maximaler Pixelwert genannt wird, sein. Wenn eine Betriebsart, die
als Automatische Helligkeit bekannt ist, "eingeschaltet" (d.h. aktiv) ist, dann verwendet der
gewählte
Wert den tatsächlichen Meßwert Maximaler
Pixelwert. Bei dieser Betriebsart ist das erhältliche Maximum der höchsten tatsächlichen
Anzahl von Treffern auf einem Pixel zugeordnet. Wenn andererseits
Automatische Helligkeit "ausgeschaltet" (d.h. inaktiv) ist,
dann wird der theoretische, von der Einstellung abhängige Maximalwert verwendet.
Beiläufig
wird angemerkt, daß die
modifizierten Gammakurven der vorliegenden Erfindung verwendet werden
könnten,
um die gewünschten
tatsächlichen
Anzeige-Pixelintensitätswerte
direkt auszuwählen,
anstatt einen Prozentmultiplikator zu erzeugen. Dazu wäre jedoch
eine Berechnung und Speicherung aller möglichen Werte zur Verwendung bei
sowohl eingeschaltetem als auch ausgeschaltetem Automatischen Helligkeitsmodus
und die Speicherung aller dieser möglichen Werte zum späteren Abrufen
und Verwenden erforderlich. Eine solche Anordnung wurde für unerwünscht gehalten.
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Mit Bezug auf 3 sehen wir ein vereinfachtes Blockdiagramm
des Flusses von erfaßten Daten,
wenn sie sich durch den Erfassungsspeicher- und Rasterabschnitt
3200 und in den Anzeigeabschnitt 3300 eines erfindungsgemäßen Oszilloskops bewegen.
Die Funktionen der vertikalen Skalierung und des vertikalen Offsets
werden vor der Digitalisierung angewendet und sind daher in dieser
Figur nicht direkt sichtbar, sondern sind statt dessen ein Teil
des Erfassungsprozesses 310. Die Triggerschaltung 315 überwacht
unter der Steuerung der Pro zeßsteuereinheit 380 das
Eingangssignal und andere Kriterien (nicht dargestellt) und übermittelt
das Auftreten der Erfüllung
der Triggerbedingungen zur Erfassungsschaltung 310 und
zur Prozeßsteuereinheit 380.
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Die Prozeßsteuereinheit 380 enthält Zeitgeber
und Ablaufsteuereinheiten, die ihr ermöglichen, den gesamten Erfassungs- und Rasterprozeß, einschließlich einiger
der wahlfreien Prozesse, die nachstehend erörtert werden und in 3 nicht dargestellt sind,
zu steuern. Wie zu sehen ist, sendet sie einen Befehl und eine Information
zu und empfängt verschiedene
Signale von fast jedem Teil des Erfassungsspeicher- und Rasterabschnitts
3200 sowie von der Trigger- 315 und Erfassungsschaltung 310. Sie
benachrichtigt den Rasterkombinator 385, wenn Daten bereit
sind. Die Prozeßsteuereinheit 380 überwacht
die Triggerschaltung 315 und startet die Erfassungsschaltung 310 und
die Rastereinrichtung 330 zu den geeigneten Zeitpunkten,
d.h. wenn genügend Erfassungen
zum Rastern vorliegen oder ansonsten so viel Zeit seit der ersten
Triggerung oder der letzten Anzeigeaktualisierung vergangen ist,
daß neue
Daten auf der Anzeige 396 fällig sind.
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Wenn Daten auf der Anzeige 396 fällig sind, startet
die Prozeßsteuereinheit 380 die
Intensitätsabbildung 350 und
anschließend
die DMA-Schaltung 370. Wie nachstehend genauer erörtert wird,
bestimmt die Prozeßsteuereinheit 380 auch,
wann Erfassungsabbrüche
nötig sind,
läßt einen
Triggerpositionsrechner arbeiten und berechnet Schwellwerte.
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Als Ausgabe des Erfassungsprozesses 310 werden
Datenadreßpaare
der Spannung als Funktion der Zeit in einem Erfassungsspeicher 320 gespeichert.
Der Erfassungsspeicher 320 kann zwei Wellenformdatensätze enthalten,
die bis zu 512K Abtastwerte lang sind, oder kann unterteilt sein,
um bis zu 256 kürzere
Wellenformdatensätze
zu enthalten, die jeweils 768 Abtastwerte enthalten. Jede Abtastwertstelle
enthält
8 Infor mationsbits, die einen von 256 möglichen Spannungsamplitudenpegeln
definieren. 200 dieser Spannungsamplitudenpegel entsprechen einer
der 200 Pixelstellen in jeder Spalte des 200×500-Erfassungsrasterspeichers 340 mit
21 Bits pro Pixel.
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Jeder Erfassungsspeicher- und Rasterabschnitt
3200 kann 100000 Wellenformdatensätze pro Sekunde erfassen, wobei
jeder Datensatz 500 Datenpunkte enthält und wobei jeder Datenpunkt
in Intervallen von 1 ns für
insgesamt 500 ns pro Erfassung erfaßt wird. Mehrere Erfassungsspeicher-
und Rasterabschnitte 3200, insbesondere zwei oder vier, können miteinander
verschachtelt werden, um den in einem Oszilloskopkanal verfügbaren Gesamtdurchsatz
zu verdoppeln oder zu vervierfachen. Der Rasterkombinator 380 des
Anzeigeabschnitts 3300 kann die Ausgangssignale dieser mehreren
Erfassungsspeicher- und Rasterabschnitte 3200 im Anzeigeabschnitt
3300 zusammen zurückmultiplexieren.
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Der Rasterkombinator 380 kann
auch veranlaßt
werden, Intensitätsschwankungen
in Farbschwankungen umzusetzen, wobei bei Bedarf zweckmäßige unterstützende Änderungen
in den Anzeigerasterspeichern 390 und 390' und der Rasteranzeige 396 vorgenommen
werden. Die Prozeßsteuereinheit 380 steht
auch mit einem Systemspeichermodul 382 mit einer Matrix
von 100 Mehrbit-Speicherstellen 384, die 100 Sätze von
15 Schwellwerten gemäß den 1 und 2 enthalten, in Verbindung. Das Systemspeichermodul 382 enthält auch
eine Speicherstelle 386 zum Halten des Werts eines Zeigers, der
identifiziert, welcher der Schwellwerte 1-100 derzeit ausgewählt ist.
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Der Inhalt des 200×500-Erfassungsrasterspeichers 340 mit
21 Bits pro Pixel wird dann in einen zweiten Erfassungsrasterspeicher 360 mit
4 Bits pro Pixel, mit geringerer Tiefe und mit denselben Planaren
(200×500)
Abmessungen "abgebildet" 350. Dieser kürzere Erfassungsrasterspeicher 360 mit
4 Bits pro Pixel enthält
nach wie vor 200×500
Pixelstellen, aber je dem Pixel sind nur 4 Bits pro Pixel Intensitätsinformation
zugeordnet und es kann folglich nur 16 Intensitätspegel anzeigen. Diese "Abbildung" 350 wird
unter Verwendung von 15 Schwellwerten, die die Grenzen der 16 Intensitätspegel
(monoton) definieren, durchgeführt.
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Beim Betrieb wählt die Prozeßsteuereinheit 380 als
Reaktion auf die Einstellung eines Drehknopfs 388 zur Intensitätssteuerung
einen speziellen Satz von Schwellwerten aus der Gruppe der 100 Sätze von
Schwellwerten aus.
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Mit Bezug auf 4 wird der Intensitätsabbildungsprozeß 350 durch
Schwellwerte gesteuert. 4 zeigt,
wie diese Schwellwerte in der Intensitätsabbildungsschaltung verwendet
werden, um eine Verringerung der Bits pro Pixel in einer gewünschten Art
und Weise durchzuführen.
Die Zuordnung von 15 Schwellwerten bestimmt die Grenzen der 16 Intensitätspegel,
die durch die Abbildung auf 4 Bits pro Pixel erzeugt werden.
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Der in 4 gezeigte
Schaltungskomplex arbeitet als Digitalisiereinrichtung mit einem
Iterationsverfahren, wenn er die Bitanzahl der Pixel von 21 auf
4 verringert. Die Schwellwerte werden im Multiplizierer 352 von 3 mit dem Prozentsatzfaktor multipliziert,
der durch die aus dem Kurvenbild von 2 ausgewählte spezielle
Kurve bestimmt wird, um modifizierte Schwellwerte zu erzeugen. Der
Pixelintensitäts-Eingangswert
wird mit dem modifizierten Schwellwert 8 verglichen 452.
Wenn der Pixelintensitäts-Eingangswert
größer ist
als der Wert des modifizierten Schwellwerts 8, ist das Bit 3 (das
MSB) des Pixelintensitäts-Bildwerts
aus 4 Bits Eins. Wenn im Gegenteil der Pixelintensitäts-Eingangswert
kleiner ist als der Wert des modifizierten Schwellwerts 8, ist das
Bit 3 (das MSB) des Pixelintensitäts-Bildwerts aus 4 Bits Null.
In ähnlicher
Weise wird der Pixelintensitäts-Eingangswert mit
entweder dem modifizierten Schwellwert 4 oder dem modifizierten
Schwellwert 12 des Pixelintensitäts- Eingangswertbereichs verglichen 454,
um das Bit 2 des Pixelintensitäts-Bildwerts
aus 4 Bits zu bestimmen. Die Auswahl des Schwellwerts 4 oder des
Schwellwerts 12 für
den Vergleich hängt
davon ab, welche Ausgabe des Multiplexers 453 durch das
Ergebnis des vorherigen Vergleichs 452 ausgewählt wird.
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Ebenso wählen die Ergebnisse der ersten zwei
Vergleiche 452, 454 aus, mit welcher Ausgabe des
Multiplexers 455 der Pixelintensitäts-Eingangswert verglichen
werden soll 456, Schwellwert 2, 6, 10 oder 14. Das Ergebnis
dieses Vergleichs 456 ist das Bit 1 des Intensitäts-Bildwerts
aus 4 Bits. Dieser Prozeß wird
ein weiteres Mal wiederholt, wobei die Ausgabe des Multiplexers 457 in
Abhängigkeit
von dem Ergebnis der ersten drei Vergleiche 452, 454, 456 einer
der Schwellwerte 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 oder 15 ist, und wobei diese
Ausgabe mit dem Pixelintensitäts-Eingangswert
verglichen wird 458, um den Zustand des Bits 0 zu bestimmen.
Die Ausgabe dieses Prozesses, der auch als Binärsuche, um Bildbits aufzufinden,
charakterisiert werden kann, ist der Pixelintensitätswert aus
4 Bits.
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Was beschrieben wurde, ist ein intuitives
und benutzerfreundliches System zur gleichzeitigen Einstellung sowohl
des Kontrasts als auch der Helligkeit mit einer einzigen Steuerung,
das auch eine gute Ausnutzung des verfügbaren dynamischen Bereichs aufweist,
wodurch ermöglicht
wird, daß dieselbe
Einstellung sowohl bei Farb- als auch Schwarz-Weiß-Betriebsart
verwendet wird.
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Der Begriff "Prozeßsteuereinheit, wie auf das Element 380 angewendet,
soll einen Mikrocomputer oder einen Mikroprozessor einschließen, und
soll auch andere Formen von Steuereinheiten, wie z.B. zweckgebundene
Hardware-Steuereinheiten, einschließlich ASICs, umfassen.
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Der hierin verwendete Begriff "Wähler" bezieht sich auf eine beliebige Steuerung,
die von einem Benutzer bedienbar ist, um eine Funktion auszuwählen. Der
Begriff "Wähler" soll physische Tasten, Berührungstasten,
Berührungsbildschirme,
Drehwähler
und menügesteuerte
Systeme umfassen.
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Obwohl die Erfindung bezüglich eines
Digitaloszilloskops beschrieben wurde, wird hierin anerkannt, daß sie auch
auf andere Arten einer Test- und Meßapparatur anwendbar wäre, wie
z.B. Spektralanalysatoren, Logikanalysatoren und dergleichen, und eine
solche Modifikation wird als innerhalb des Schutzbereichs der folgenden
Ansprüche
liegend betrachtet.