DE3508168A1 - Videosignalverarbeitungsschaltung mit automatischem bildroehrenstrahlstrombegrenzer - Google Patents

Description

RCA 80755
USSN 587,583
vom 8. März 1984

RCA Corporation, Princeton, N.J. (USA)

Videosignalverarbeitungsschaltung mit automatischem

Bildröhrenstrahlstrombegrenzer

Die Erfindung bezieht sich auf ein Videosignalverarbeitungssystem, wie einen Fernsehempfänger oder einen Videomonitor, der eine Einrichtung zur automatischen Begrenzung von in einer zum System gehörigen Bildwiedergabeeinrichtung, wie einer Bildröhre, fließenden übermäßigen Strahlströmen hat. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein solches System, bei welchem eine Kompensation unerwünschter Verschiebungen des Schwarzpegels im Videosignal infolge der Wirkung des Strahlstrombegrenzers vorgesehen ist.

Viele Fernsehempfänger enthalten eine Einrichtung zur automatischen Begrenzung übermäßiger Bildröhrenstrahlströme, die infolge der Bildinformation des Videosignals fließen, übermäßige Strahlströme können ein Wiedergabebild beeinträchtigen, indem die Ablenkschaltungen des Empfängers aufhören zu arbeiten oder der Elektronenstrahlauftreffpunkt defokussiert wird und das Bild überstrahlt, übermäßige Strahlströme können auch den Sicherheitsbereich der Bildröhre überschreiten und diese sowie zugehörige Schaltungskomponenten möglicherweise beschädigen.

Automatische Strahlstrombegrenzungssysteme sind sowohl bei analogen wie auch bei digitalen VideosignalVerarbeitungssystemen nützlich. Ein digitales Videosignalverarbeitungssystem, welches kürzlich von der Worldwide Semiconductor Group (Freiburg, West-Deutschland) der International Telephone and Telegraph Corporation vorgestellt wurde, ist in der ITT Publikation "VLSI Digital TV System - DIGIT 2000" beschrieben. Bei diesem System erfolgt eine automatische Bildröhrenstrahlstrombegrenzung über einen Bereich übermäßiger Strahlströme in einer Hinsicht durch Regelung der Größe der Leuchtdichtesignale, die von einem Analog/Digital-Konverter geliefert werden, welcher am Ausgang des Leuchtdichtekanals vorgesehen ist. Speziell werden übermäßige Strahlströme begrenzt durch Herabsetzung des Pegels einer dem D/A-Konverter zugeordneten Bezugsspannung, und dadurch wird die Größe des analogen Leuchtdichtesignals vom Ausgang des D/A-Konverters proportional reduziert.

Diese soeben genannte Strahlstrombegrenzungsweise kann eine unerwünschte Verschiebung der den Schwarzpegel des Leuchtdichtesignals darstellenden Helligkeit hervorrufen, etwa wenn dem Schwarzpegel des Leuchtdichtesignals eine von Null verschiedene Digitalzahl zugeordnet ist. Es wird 5 üblicherweise als bevorzugte Maßnahme betrachtet, den Strahlstrom durch Regelung der Spitze-Spitze-Amplitude eines Videosignals zu begrenzen, weil diese Regelungsart weniger bemerkbare und weniger störende Effekte auf ein Wiedergabebild, wie es der Betrachter sieht, hervorruft.

Eine Strahlstromregelung, welche eine Verschiebung des den Schwarzpegel darstellenden Helligkeitswertes nach sich zieht, wird vom Betrachter leichter bemerkt und ist daher unerwünscht, außer wenn die Strahlstromregelung über eine Schwarzpegelregelung (Helligkeitsregelung) erfolgen soll.

Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Anordnung ist in einem Videosignalverarbeitungssystem enthalten, in dem ein Videokanal bei Regelung im Sinne einer Amplitudenverringerung des Videosignals zur Begrenzung übermäßiger Strahlströme andernfalls unerwünschterweise eine entsprechende Schwarzpegelverschiebung bringen würde. Gemäß den Prinzipien der Erfindung kompensiert die beschriebene Einrichtung Schwarzpegelverschiebungen,, welche durch die Regelwirkung des Strahlbegrenzers eingeführt werden.

Speziell läßt sich die beschriebene Einrichtung mit Vorteil in einem digitalen Videosignalverarbeitungskanal verwenden, der am Ausgang einen D/A-Konverter hat, und dabei erfolgt die Strahlstrombegrenzung durch Veränderung „ der Amplitude der Bezugsspannung für den D/A-Konverter in Abhängigkeit von einem Regelsignal für die Strahlbegrenzung, so daß auf diese Weise die Größe der analogen Videoausgangssignale verändert wird. Eine Kompensation unerwünschter Verschiebungen im Schwarzpegel der Videoausgangssignale erfolgt dadurch, daß zum Ausgang des D/A-Konverters eine Form des Regelsignals mit solcher Größe und Polarität gekoppelt wird, daß Schwarzpegelverschiebungen praktisch rückgängig gemacht werden.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Teil eines Fernsehempfängers mit einem automatischen Bildröhrenstrahlstrombegrenzer und einer Einrichtung nach der Erfindung und

Fig. 2 zusätzliche Schaltungsdetails der Anordnung nach Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 werden Farbfernsehsignale von einer Quelle in digitaler (also binärer) Form auf eine Frequenzselektionsschaltung 12 gegeben (die beispielsweise ein Kammfilter enthält), um eine vom Fernsehsignal abgetrennte Leuchtdichtekomponente (Y) an eine digitale Leuchtdichtesignalverarbeitungsschaltung 14 in einem Leuchtdichte-

kanal des Empfängers und eine abgetrennte Farbkomponente (C) an eine digitale Farbsignalverarbeitungsschaltung 16 in einem Farbkanal des Empfängers zu geben. Die Leuchtdichtesignalverarbeitungsschaltung 14 enthält digitale Signalverarbeitungsschaltungen 15, welche ein digitales Ausgangssignal von 8 Bit (2 ... 2 ) an einen Eingang eines 8-Bit-Digital/Analog-Konverters 17 liefert. Der D/AKonverter 17 bildet eine Ausgangsschaltung der Signalverarbeitungsschaltung 14 und enthält eine Widerstandsleiterschaltung zur Erzeugung eines analogen Ausgangsleuchtdichtesignals in Abhängigkeit von dem digitalen 8-Bit-Eingangsleuchtdichtesignal . Eine Bezugsspannungsquelle 13 liefert eine Bezugsspannung +VR. für den Konverter 17.

Die Farbsignalverarbeitungsschaltung 16 enthält D/A-Konverter, die an ihrem Ausgang in Abhängigkeit von den digitalen Eingangsfarbsignalen analoge Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y liefern. Diese analogen Farbdifferenzsignale von der Schaltung 16 werden in einer Matrix 18 mit den analogen Leuchtdichteausgangssignalen von der Schaltung 14 kombiniert zu Farbbildsignalen r, g und b niedrigen Pegels. Diese. Signale werden in einer Videoausgangsstufe 20 verstärkt, die mehrere Bildröhrentreiberverstärker zur Lieferung entsprechender Farbsignale R, G, B hohen Pegels enthält, mit denen die Kathoden 36a, 36b und 36c als Intensitätssteuerelektroden einer Bildröhre 35 angesteuert werden. Die Signale R, G und B werden den Bildröhrenkathoden jeweils über Stromfühlschaltungen 30, 31 und 32 zugeführt. Eine Hochspannungsquelle 40 (die beispielsweise eine Spannungsvervielfacherschaltung enthält) liefert in Abhängigkeit von Horizontalrücklaufimpulsen , die von nicht dargestellten Ablenkschaltungen des Empfängers kommen, eine Betriebshochspannung für die Anode der Bildröhre 35. Ergänzungsströme für den Bildröhrenstrahl werden der Hoch-Spannungsschaltung 40 über einen Widerstand 41 und einem Widerstand 42 zugeführt, die einer Betriebsgleichspannungsquelle B+ zugeordnet sind.

Der Empfänger enthält auch ein automatisches Bildröhren-Strahlstrombegrenzungssystem zur Begrenzung der Größe der der Bildröhre 35 zugeführten Videosignale, um auf diese Weise übermäßige Bildröhrenstrahlströme zu begrenzen, wenn durch Abfühlung festgestellt wird, daß die Bildröhre übermäßige Strahlströme oberhalb eines gegebenen Schwellwertes führt. Die Größe der durch das Videosignal bedingten Bildröhrenstrahlströme, die während der BildhinlaufIntervalle des Videosignals fließen, werden durch die Schaltungen 30, 31 bzw. 32 abgeführt. Diese abgefühlten Ströme werden in einer Kombinationsschaltung 35 zu einem kombinierten Abfühlstrom addiert, welcher ein Maß für den gesamten Bildröhrenstrom ist. Dieser kombinierte Strom wird einem _._v ersten Eingangsanschluß T1 einer Strahlstromregelschaltung 50 zugeführt.

Ein ebenfalls von der Größe der in der Bildröhre 35 fließenden Ströme abhängiger zusätzlicher Strom wird von der Ergänzungsstromschaltung B+, 41, 4 2 für die Hochspannungsschaltung 40 abgeleitet. Dieser Strom wird einem zweiten Eingangsanschluß T2 der Regelschaltung 50 zugeführt. Wie noch erläutert werden wird, erzeugt die Regelschaltung an einem Ausgangsanschluß T3 ein Regelsignal VC, das in Beziehung zur Größe sowohl übermäßiger Spitzen (vorübergehender) und mittlerer Strahlströme steht, die in der Bildröhre 35 fließen. Das Regelsignal VC erscheint am Anschluß T3 und wird der Leuchtdichtesignalverarbeitungsschaltung 14 und der Farbsignalverarbeitungsschaltung 16 über Leiter 55 bzw. 56 zugeführt, wenn die Bildröhrenströme einen gegebenen Schwellwert überschreiten. Das Regelsignal VC wird den Regeleingängen der Leuchtdichte- und Farbsignalverarbeitungsschaltungen 14 und 16 in Gleichspannungskopplung mit einer Amplitude und Polarität im Sinne einer Begrenzung der Größen der Ausgangssignale der Leuchtdichte- und Farbsignalverarbeitungsschaltungen 14 und 16 zugeführt, so daß der Bildröhrenstrahlstrom auf einen vorgeschriebenen sicheren Wert begrenzt wird.

Die Strahlstrombegrenzung erfolgt über einen gegebenen Bereich übermäßiger Strahlströme durch gleichzeitige Verringerung der Spitze-Spitze-Amplituden der Leuchtdichte- und Farbsignale mit Hilfe einer ähnlichen Regeltechnik. Zur Herabsetzung der Amplitude des Leuchtdichtesignals im Sinne einer Strahlstrombegrenzung wird das Regelsignal VC der Bezugsspannungsquelle 13 zugeführt, so daß die Größe der Bezugsspannung VR für den Leuchtdichte-DZA-Konverter 17 in Abhängigkeit von der Größe des Regelsignals VC verringert wird. Wenn somit die Größe des Regelsignals sich verkleinert, wird auch die Spitze-Spitze-Amplitude des analogen Leuchtdichtesignals am Schaltungspunkt A für alle Leuchtdichtesignalwerte vom Schwarzpegel über die verschiedenen Graupegel bis zum Weißpegel reduziert, weil die Amplitude des Ausgangsleuchtdichtesignals von der Größe der Bezugsspannung VR für den Leuchtdichte-D/AKonverter 17 abhängt.

Die geregelte Reduzierung der Leuchtdichtesignalamplituden in Weißrichtung ergibt eine Strahlstrombegrenzung. In diesem Falle ist jedoch eine Reduzierung des Schwarzwertes des Ausgangsleuchtdichtesignals unerwünscht und wird praktisch verhindert durch die Schaltung mit dem Leiter 57, dem Inverter 60 und den Widerständen R1 und R2. Der Widerstand R1 koppelt das analoge Leuchtdichtesignal vom Ausgang der Leuchtdichtesignalverarbeitungsschaltung 14 am Schaltungspunkt A zu einem Punkt B am Leuchtdichteeingang der Matrix 18. Der Inverter 60 und der Widerstand R2 koppeln eine Form des Strahlstrombegrenzungs-Regelsignals VC zum Schaltungspunkt B, wie noch erläutert wird.

Bei dem hier beschriebenen System entspricht der D/A-Konverter 17 einer 8-Bit-Schaltung zur Umwandlung des digitalen binären 8-Bit-Paralleleingangssignals von der Leuchtdichtesignalverarbeitungsschaltung 15 in ein entsprechendes Analogsignal. Das analoge Ausgangssignal ist proportional dem Produkt aus der Größe der Bezugsspannung (VR)

für den D/A-Konverter 17 und der Zahl, welche durch das digitale Eingangssignal des D/A-Konverters 17 dargestellt wird. Das digitale 8-Bit-Leuchtdichtesignal hat 256 digitale Werte entsprechend den Zahlen von O bis 255. Der Schwarzpegel des analogen Leuchtdichtesignals entspricht im vorliegenden Beispiel dem von O verschiedenen Digitalwert 31. Digitalwerte unterhalb von 31 stellen eine Ultraschwarzleuchtdichteinformation dar, und Digitalwerte oberhalb 31 stellen Grauschattierungen bis zur Leuchtdichteinformation Weiß dar.

Infolge der Wirkung des Strahlbegrenzers tritt eine unerwünschte Schwarzpegelverschiebung des Leuchtdichtesignals ein, weil der den Schwarzpegel des Leuchtdichtesignals darstellende Digitalwert einen anderen, nämlich nicht schwarzen Pegel, erzeugt, wenn die Bezugsspannung VR in Abhängigkeit vom Strahlstromregelsignal VC verändert wird. Diese unerwünschte Schwarzpegelverschiebung wird praktisch verhindert durch die Schaltung mit dem Inverter 60 und den Widerständen R1 und R2. Die Werte dieser Widerstände sind so gewählt, daß ihr Verhältnis R2/R1 der Form

R2/R1 =

genügt, wobei N die Anzahl von Binärbits bezeichnet, welche zu dem digitalen Leuchtdichtesignal gehören (in diesem Falle N=8), und M die zum Schwarzpegel des digitalen Leuchtdichtesignals gehörige Digitalzahl bezeichnet (in diesem Fall M=31). Daher beträgt hier das Widerstandsverhältnis, das zum praktischen Verschwinden von durch die Strahlstrombegrenzung bedingten Schwarzpegeländerungen erforderlich ist, R2/R1 = 7,225 oder näherungsweise 7.

Im Betrieb verursacht ein negativ gerichtetes Regelsignal VC für die Strahlstrombegrenzung eine zugehörige Verringerung der Größe der Bezugsspannung VR für den D/A-Konverter 17, wie sich aus der in Fig. 2 veranschaulichten Schaltung

ergibt. Dies führt zu einer Herabsetzung der Spitze-Spitze-Amplitude des analogen Leuchtdichtesignals am Schaltungspunkt A, wobei der Schwarzpegel des Leuchtdichtesignals sich unerwünschterweise in einer weniger positiven Richtung verschiebt. Das negativ gerichtete Regelsignal VC wird vom Inverter 60 umgekehrt und erscheint in einem positiverem Sinn am Ausgang des Inverters 60. Das invertierte Regelsignal und das analoge Leuchtdichtesignal werden am Schaltungspunkt B über die Spannungsteilerwiderstände R1 und R2 kombiniert. Ist das Widerstandsverhältnis wie oben beschrieben gewählt, dann werden durch die Strahlstrombegrenzung verursachte Schwarzpegelverschiebungen des Leuchtdichtesignals in Ultraschwarzrichtung am Schaltungspunkt B prak- ^ tisch ausgelöscht.

In der Regelschaltung 50 des Strahlstrombegrenzers wird der zum Eingangsanschluß T1 gelangende kombinierte Strom von einem PNP-Transistor 70 abgefühlt, dessen Kollektor als Ausgang mit einer auf Spitzenwerte reagierenden RC-Zeitkonstantenschaltung mit einem Kondensator 71 und einem

ist.
Widerstand 72 gekoppelt* Die Spannung über dem Kondensator 71.steht in Beziehung zur Größe der Spitzen-Kathodenströme der Bildröhre 35. Diese Spannung stellt eine Komponente des Regelsignals VC dar. Sie wird über eine Schwellwertkopplungs- und Signalinverterschaltung 75 (die beispielsweise einen elektronischen Schalter enthält) in invertierter Form zum Ausgangsanschluß T3 geführt, wenn die Größe der Spannung am Kondensator 71 einen gegebenen Schwellwert übersteigt. Der von der Bildröhrenergänzungsstromschaltung zum Eingangsanschluß T2 gelangende Strom wird mittels eines Kondensators 76 integriert zu einer Spannung, die in Beziehung zur Größe des mittleren Stroms in der Bildröhre 35 steht. Diese Spannung stellt eine andere Komponente des Regelsignals VC dar und gelangt über einen Widerstand 77 und eine Schwellwertkoppelschaltung 78 zum Ausgangsanschluß T3, wenn die Amplitude der Spannung am Kondensator 71 einen gegebenen Schwellwert übersteigt.

Die Leuchtdichtesignalverarbeitung 14, die Farbsignalverarbeitungsschaltung 16 und die Stromfühler 30 bis 32 können Schaltungen sein, wie sie in dem eingangs erwähnten ITT Digital-Fernsehsignalverarbeitungssystem verwendet werden. Jeder der Stromfühler 30 bis 32 kann einen Hochspannungs-PNP-Emitterfolgertransistor aufweisen, der im Signalkoppelweg zur Kathode der Bildröhre liegt, wobei die Basis als Eingangselektrode an den Ausgang des zugehörigen Bildröhrentreiberverstärkers in der Stufe 20 angeschlossen ist und der Emitter als Ausgangselektrode mit der zugehörigen Bildröhrenkathode verbunden ist, während der Kollektor mit der Stromsummierungsschaltung 45 gekoppelt ist, wie es beispielsweise in der gleichlaufenden US-Patentanmeldung Ser. No. 49 7,157 (DE-OS 34 19 282) beschrieben ist, die am 23. Mai 1983 unter dem Titel "Video Signal Processor With Automatic Kinescope White Balance and Beam Current Limiter Control Systems" eingereicht worden ist. Die Regelschaltung 50 für den Strombegrenzer kann auch eine auf Spitzen- und.Mittelwertstrahlstrom reagierende Begrenzerschaltung von der in der US-PS 4 167 025 beschriebenen Art verwenden.

Fig. 2 zeigt Details einer Schaltung, die sich zur Veränderung der Bezugsspannung VR in Abhängigkeit vom Regelsignal 5 VC für die Strahlstrombegrenzung eignet. Gemäß Fig. 2 weist die in Fig. 1 mit 13 bezeichnete Bezugsspannungsquelle eine Referenz-Zener-Diode 80 und einen zugehörigen Vorspannungswiderstand 81 auf, der an eine Betriebsspannungsquelle (+) angeschlossen ist. Die Bezugsspannung +VR für den D/A-Konverter 17 in Fig. 1 wird von der Zenerdiode 80 mit Hilfe einer Koppelschaltung abgeleitet, die einen Emitterfolgertransistor 82 und einen Widerstand 85 enthält. Die Größe der Bezugsspannung VR wird mit Hilfe der Regelspannung VC des Strahlstrombegrenzers verändert, der über einen Emitterfolgertransistor 90 und einen Widerstand 95 an den Ausgangsschaltungspunkt C angeschlossen ist.

Claims (6)

1. RCA Corporation/ Princeton, N.J. (USA)

   Videosignalverarbeitungsschaltung mit automatischem Bildröhrenstrahlstrombegrenzer

   ·- 1

   Patentansprüche

   10

   /1)yvideosignalverarbeitungssystem, g e k e η η ζ ei chnet durch eine Quelle (14) digitaler Videosignale mit Information beinhaltenden Bits, die mehrere Videosignalinformationspegel einschließlich eines Bildschwarzpegels definieren, eine Bildwiedergabeeinrichtung (35), die durch die Videosignale von der Quelle steuerbar ist,

   eine Regelschaltung (50) zur Erzeugung eines Regelsignals (VC), welches ein Maß für die Größe übermäßiger Ströme in der Bildwiedergabeeinrichtung oberhalb eines Schwellwertes ist,

   eine Koppelschaltung (55) zur Koppelung des Regelsignals zur Videosignalquelle zur Regelung der Größe der

   Videosignale im Sinne einer Begrenzung übermäßiger Ströme in der Bildwiedergabeeinrichtung, wobei der Schwarzpegel des Videosignals sich mit Änderungen des geregelten Videosignals unerwünschterweise ändert, und eine mit der Regelschaltung und der Videosignalquelle gleichspannungsgekoppelte Einrichtung (57,6O,R2) zur Kompensierung der Änderungen des Schwarzpegels des Videosignals.
2. 2) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal (VC) der Videosignalquelle in Gleichspannungskopplung derart zugeführt werden, daß die Schwarzpegeländerungen des Videosignals praktisch ausge- _. löscht werden.
3. 3) System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal ein Maß für übermäßige Spitzen- und Mittelwerte der in der Bildwiedergabeeinrichtung fließenden Ströme ist.
4. 4) System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Videosignalquelle (14) einen Digital/Analog-Signalkonverter (17) enthält, der durch digitale Videosignale steuerbar ist und mit einer Bezugsspannung (VR) arbeitet und ein analoges Ausgangssignal liefert, dessen Größe in Beziehung zum Wert der digitalen Videosignale und zur Größe der Bezugsspannung steht, und daß das Regelsignal (VC) dem Konverter zur Veränderung der Größe der Bezugsspannung derart zugeführt wird, daß die Größe der analogen Ausgangsvideosignale von der Regelschaltung im Sinne einer Begrenzung der übermäßigen Ströme geregelt wird.
5. 5) System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Ausgangsvideosignal von dem Konverter in einer Signalkombinationsschaltung (R1,R2,6O) mit der erwähnten Form des Regelsignals im Sinne einer praktischen Auslöschung von Änderungen des Schwarzpegels des Videosignals kombiniert wird.
6. 6) System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Videosignal N informationsbeinhaltende Bits enthält, welche eine Mehrzahl von Videosignalinformationspegeln einschließlich eines Schwarzbildpegels M definieren, daß das analoge Signal der Kombinationsschaltung über einen eine erste Impedanz (R1) aufweisenden ersten Stromweg zugeführt wird, daß die erwähnte Version des Regelsignals der Kombinationsschaltung über einen zweiten, eine zweite Impedanz (R2) aufweisenden Stromweg (R2) zugeführt wird, und daß das Verhältnis der zweiten Impedanz zur ersten Impedanz durch den Ausdruck R2/R1 = [(2 -1)-m]/M gegeben ist.