DE4129843C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerimpulsaufbereitung bei Videosignalen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerimpulsaufbereitung bei VideosignalenInfo
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- H04N5/12—Devices in which the synchronising signals are only operative if a phase difference occurs between synchronising and synchronised scanning devices, e.g. flywheel synchronising
- H04N5/126—Devices in which the synchronising signals are only operative if a phase difference occurs between synchronising and synchronised scanning devices, e.g. flywheel synchronising whereby the synchronisation signal indirectly commands a frequency generator
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerimpulsaufberei
tung bei Videosignalen, insbesondere zur Ansteuerung eines
Flüssigkristallbildschirmes, bei dem das mit einem Synchronim
pulssignal beaufschlagte Videosignal detektiert wird und der
zur Bildschirmsteuerung dienende Synchronimpulsanteil extra
hiert wird, bei dem eine künstliche Synchronimpulsfolge nach
Maßgabe der Synchronimpulsfolge des Videosignals generiert wird
und bei dem die künstliche Synchronimpulsfolge mit der Syn
chronimpulsfolge des Videosignals synchronisiert wird. Des wei
teren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerim
pulaufbereitung bei Videosignalen, insbesondere zur Ansteue
rung eines Flüssigkristallbildschirmes, vorzugsweise zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der einer
zur Verstärkung des mit einem Synchronimpulssignal beaufschlag
ten Videosignals dienenden Eingangsstufe ein Amplitudensieb
nachgeschaltet ist und bei der das am Ausgang des Amplituden
siebes anliegende Synchronimpulssignal einer nachgeschalteten
PLL-Schaltung zuführbar ist.
Die beispielsweise von einem Personal-Computer (PC) erzeugten
Videosignale werden - abgesehen von einem Lap-Top - einem her
kömmlichen Monochrom- oder Farbmonitor mit einer Braun′schen
Röhre zur visuellen Darstellung von Informationen zugeführt.
Die Braun′sche Röhre eines solchen Monitors wird von einem
Elektronenstrahl zeilenweise abgetastet, d. h. der Elektronen
strahl wird horizontal und vertikal abgelenkt.
Der Einsatz von Braun′schen Röhren ist jedoch in vielerlei Hin
sicht problematisch. So entsteht bei der Ablenkung des Elektro
nenstrahls ein erhebliches, nach außen tretendes Magnetfeld,
dessen Gesundheitsbedenklichkeit in immer stärkerem Maße disku
tiert wird. Des weiteren läßt sich der horizontal und vertikal
abgelenkte Elektronenstrahl durch äußere Magnetfelder beein
flussen, so daß gerade beim Einsatz in der industriellen Ferti
gung aufgrund dort häufig vorkommender starker Magnetfelder
nicht selten eine Verzerrung des Bildes stattfindet.
Des weiteren lassen sich mit Braun′schen Röhren ausgestattete
Monitore bzw. Displays mit entsprechenden Einrichtungen mühelos
"abhören", so daß ein Datenschutz keineswegs gewährleistet ist.
Will man mit herkömmlichen PC′s bzw. Rechnern ein Flüssigkri
stall-Display (LCD) ansteuern, so ist es zwingend erforderlich,
daß die originär analogen Videosignale pixelgerecht digitali
siert werden. Ein Flüssigkristallbildschirm ist matrixmäßig ge
rastert, so daß zur bildhaften Darstellung jedes Feld dieses
Rasters mit einem High-/Low-Signal angesteuert werden muß.
Folglich sind die fortan als Synchronimpulssignale bezeichneten
Steuersignale zur Ansteuerung des LCD-Bildschirmes äußerst ge
nau und störungsfrei zu generieren, so daß keine durch ungenaue
Ansteuerung der Flüssigkristallfelder hervorgerufene Bildver
zerrung entsteht.
Fehler bei der Übertragung von Synchronimpulssignalen zwischen
dem die Synchronimpulssignale generierenden Prozessor und dem
Monitor können ebenfalls durch die bereits zuvor erwähnten äu
ßeren Magnetfelder, aber auch durch direkte Beeinflussung ei
nerseits des Prozessors, andererseits der Übertragungsleitung
stattfinden. Des weiteren könnte ein Fehler im Prozessor oder
in dessen Betriebssystem oder Steuerprogramm Ursache für einen
Übertragungsfehler der Synchronimpulssignale sein.
Aus der US 50 19 907 ist ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zur Generierung von Impulsfolgen bekannt, welche
mit der Horizontal-Synchronimpulsfolge eines Videosignals syn
chronisiert werden. Dazu ist ein Separator vorgesehen, der zum
Extrahieren des Synchronimpulsanteils eines Videosignals dient.
Das so gewonnene Synchronimpulssignal wird entsprechend der
Lehre der US 50 19 907 sowohl einem Horizontal-Synchronimpuls
generator als auch einem Vertikal-Synchronimpulsgenerator zuge
führt. Das Ausgangssignal des Horizontal-Synchronimpulsgenera
tors wird einer PLL-Schaltung zugeführt, die einen VCO enthält.
Diese PLL-Schaltung umfaßt ferner einen Phasenkomparator sowie
einen Tiefpaßfilter und ermöglicht die Synchronisierung des von
dem VCO erzeugten Impulssignales mit dem detektierten Horizon
tal-Synchronimpulssignal. Mit der bekannten Schaltungsanordnung
wird auch die Lage der Vertikal-Synchronimpulse detektiert.
Diese Vertikal-Synchronimpulse überlagern die Horizontal-Syn
chronimpulse des Videosignals. Das Ausgangssignal dieser Schal
tung ist immer und in jedem Fall von dem VCO der PLL-Schaltung
erzeugt.
Die DE 36 38 770 A1 beschäftigt sich mit einer Schaltungsanord
nung zur Verarbeitung eines mit Horizontal- und Vertikal-Syn
chronimpulsen beaufschlagten Bildsignals zur Erzeugung von mög
lichst exakt auf das Bildsignal abgestimmten Bildwechselsigna
len. Diese Schaltung beruht auf der Annahme, daß die Vertikal-
Synchronimpulse in einem festen Verhältnis zu den Horizontal-
Synchronimpulsen des Bildsignals auftreten. Dies trifft im we
sentlichen auch für die aus der DE 33 40 553 A1 bekannte Ein
richtung zur Erzeugung eines Vertikal-Synchronsignals in einem
Fernsehempfänger zu. Der Fernsehempfänger umfaßt einen Verti
kal-Synchrongenerator, welcher eingegebene Taktimpulse zählt
und ein internes Vertikal-Synchronsignal abgibt, dessen Fre
quenz mit der eines eingegebenen externen Vertikal-Synchronsi
gnals übereinstimmt.
Als Stand der Technik sei schließlich noch auf die DE 39 24 302 A1
und die DE 40 22 675 A1 hingewiesen. Beide Entgegenhaltungen
beschäftigen sich mit der Lieferung von Taktsignalen zum Ein
blenden von beispielsweise durch Videotextbausteine gelieferten
Signalen, wenn kein mit Synchronimpulsen beaufschlagtes Fern
sehsignal vorliegt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Steuerimpulsaufbereitung bei Videosigna
len, insbesondere zur Ansteuerung eines Flüssigkristallbild
schirmes, anzugeben, die auch bei zumindest zeitweise gestörten
Videosignalen anwendbar sind, wobei die Synchronimpulssignale
präzisiert und bei Signalausfällen durch künstlich erzeugte Im
pulse ergänzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerimpulsaufbereitung bei
Videosignalen löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale
des Patentanspruches 1. Danach weist das erfindungsgemäße Ver
fahren folgende Verfahrensschritte auf:
Zunächst wird aus dem detektierten Videosignal ein Synchron
hilfsimpulssignal extrahiert, das zur Erzeugung und zur Lagebe
stimmung eines vorgebbaren Zeitfenstern entsprechenden Freigabe
signals dient. Die Detektion der Synchronimpulse des Videosi
gnals erfolgt erfindungsgemäß nur in den Zeitfenstern. Bei feh
lerhaftem oder ausbleibendem Synchronimpulssignal dient das
künstliche Synchronimpulssignal als Referenzsignal, indem zu
mindest eine partielle Addition des detektierten und des künst
lichen Synchronimpulssignals erfolgt.
Erfindungsgemäß ist demnach erkannt worden, daß das Synchronim
pulssignal bzw. die Synchronimpulssignalfolge bei fehlerhaften
oder fehlenden Synchronimpulssignalen korrigiert werden kann.
Diese Korrektur bzw. das Auffüllen der Synchronimpulsfolge bei
fehlenden Synchronimpulsen geschieht durch eine künstlich ge
schaffene Synchronimpulsfolge, die aus der Synchronimpulsfolge
des Videosignals abgeleitet ist. Durch die zumindest partielle,
bzw. teilweise Addition des detektierten und des künstlichen
Synchronimpulssignals ist auch dann ein Synchronimpulssignal
vorhanden, wenn der Synchronimpuls des Videosignals ausbleibt.
Entsprechende Peaks des künstlichen Synchronimpulssignals wer
den als originäres Synchronimpulssignal erkannt, der Bildschirm
wird fehlerfrei angesteuert.
In besonders vorteilhafter Weise erfolgt die Detektion der Syn
chronimpulse in vorgebbaren Zeitfenstern. Diese Zeitfenster
sind in etwa der üblichen Wiederholfrequenz der Synchronimpulse
angepaßt, so daß in den Zeiträumen zwischen den Synchronimpul
sen keine Abtastung und somit keine fehlerhafte Detektion durch
Störimpulse stattfindet.
Des weiteren ist es von Vorteil, wenn das künstliche Syn
chronimpulssignal in einem ersten Schritt grob und in einem
zweiten Schritt fein auf die Synchronimpulsfolge des Videosi
gnals abgestimmt wird. Durch die grobe Abstimmung findet
zunächst eine grobe Annäherung an die Frequenz und Signaldauer
der tatsächlichen Synchronimpulse statt. Die Feinabstimmung be
wirkt dann eine nahezu hundertprozentige Anpassung an die Syn
chronimpulsfolge des synchronimpulsbehafteten Videosignals.
Nun kann die künstlich gewonnene Synchronimpulsfolge der Syn
chronimpulsfolge des Videosignals entweder ständig aufaddiert
werden oder ausschließlich bei Ausbleiben des Synchronimpulses
des Videosignals. Jedenfalls sind bei ausbleibenden Synchronim
pulsen des Videosignals die künstlichen Synchronimpulse als
quasi Ersatzimpulse vorhanden.
Insbesondere im Rahmen eines ständigen Aufaddierens der künst
lichen und originären Synchronimpulssignale ist es weiter von
Vorteil, das aus der Addition resultierende Signal bezüglich
seines Pegels auf einen Maximalwert zu begrenzen, zumal es le
diglich auf das Vorhandensein des Synchronimpulssignals und
nicht auf dessen Pegel ankommt.
Damit nun eine bewußte Änderung der Synchronimpulsfolge nicht
als fehlerhafte Synchronimpulsfolge korrigiert wird, wird in
besonders vorteilhafter Weise das künstliche Synchronimpulssi
gnal in vorgebbaren Zeitabständen dem detektierten Synchronim
pulssignal angepaßt, wodurch bewußt hervorgehobene Änderungen
der Synchronimpulsfolge erkannt werden und wodurch das künstli
che Synchronimpulssignal auf diese Änderungen eingestellt wird.
Des weiteren läßt sich aus dem detektierten Videosignal ein
Synchronhilfsimpulssignal zur Definition der sogenannten
Schwarzschulter als Referenz für die Farbe "schwarz" bzw. eine
entsprechende Synchronhilfsimpulsfolge extrahieren. Dieses Syn
chronhilfsimpulssignal dient in erster Linie der Vermeidung ei
ner Verfälschung eines besonders dunkles Bildes durch Anheben
der Lichtintensität insgesamt. Folglich dient dieses Signal
insbesondere der Vermeidung von Intensitätsverfälschungen bei
sogenannten Nachtaufnahmen. Die Gewinnung des Synchronhilfsim
pulssignals umfaßt eine Tiefpaßfilterung des Synchronimpulssi
gnals zur Unterdrückung von dem Synchronimpulssignal überlager
ten Störungen.
Schließlich können die Synchronimpulssignale sowohl die Hori
zontalimpulse als auch die zur Ansteuerung der jeweiligen Zei
len erforderlichen Vertikalimpulse des Videosignals umfassen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerimpulsaufbereitung
bei Videosignalen, insbesondere zur Ansteuerung eines Flüssig
kristallbildschirms, vorzugsweise zur Durchführung des zuvor
erörterten Verfahrens, löst die voranstehende Aufgabe durch die
Merkmale des Patentanspruches 9. Danach ist der Eingangsstufe
eine Synchronimpuls-Abtrennstufe zur Abtrennung eines Synchron
hilfsimpulssignals nachgeschaltet. Zwischen der Synchronimpuls-
Abtrennstufe und dem Amplitudensieb ist eine Schalteinrichtung
zur Erzeugung eines Freigabesignals für das Amplitudensieb vor
gesehen. Schließlich ist dem Amplitudensieb und der PLL-Schal
tung eine Impulsumschaltstufe nachgeschaltet, die die Syn
chronimpulsfolge aus dem Amplitudensieb um Ersatzimpulse aus
der PLL-Schaltung ergänzt.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie
genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei
terzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1
und 9 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfol
gende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an
hand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläute
rung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand
der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestal
tungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeich
nung zeigt
Fig. 1 in einem Blockschaltbild die prinzipielle Funktions
weise des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der er
findungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 in einem Blockschaltbild die Eingangsstufe, der das
mit einem Synchronimpulssignal beaufschlagte Videosi
gnal zugeführt wird,
Fig. 3 in einem Blockschaltbild die Synchronimpuls-Abtrenn
stufe der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 in einem Blockschaltbild eine Schalteinrichtung zur
Erzeugung eines Freigabesignals der erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Fig. 5 in einem Blockschaltbild die Schaltpegelerzeugung und
Klemmimpulserzeugung der erfindungsgemäßen Vorrich
tung,
Fig. 6 in einem Blockschaltbild die Vertikalimpuls-Abtrenn
stufe der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 7 in einem Blockschaltbild das Amplitudensieb der er
findungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 8 in einem Blockschaltbild die getastete PLL-Schaltung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 9 in einem Diagramm die Synchronimpulsfolge in ver
schiedenen Situationen an den verschiedenen Baustei
nen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 10 in einem Blockschaltbild die Impulsumschaltstufe der
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerim
pulsaufbereitung bei Videosignalen, insbesondere zur Ansteue
rung eines Flüssigkristallbildschirmes. Bei Videosignalen ist
grundsätzlich davon auszugehen, daß diese bei den vielfältigen
Anwendungen keiner Norm entsprechen, insbesondere in Industrie
umgebung stark gestört sind, sowohl positive als auch negative
Vertikal-Synchronisation aufweisen, eine beliebige Anzahl von
Serrations aufweisen und mit einer starken hochfrequenten
Preemphase behaftet sind, deren Zeitkonstante nicht definiert
ist. Außerdem ist die Amplitude sowohl des Synchron- als auch
des Videosignals nicht festgelegt. Sie kann je nach Signal
quelle von 300 mVss bis 1,5 Vss betragen. Die maximale Phasen
abweichung zur Ansteuerung eines LC-Displays sollte daher klei
ner als 5 ns sein, damit bei einem nachgeschalteten LC-Display
keine Fehlabtastung auftritt.
Zur Anpassung eines Videosignals mit entsprechenden Synchronim
pulssignalen ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung einer
zur Verstärkung des mit einem Synchronimpulssignal beaufschlag
ten Videosignals dienenden Eingangsstufe 1 ein Amplitudensieb
2 nachgeschaltet. Das am Ausgang 3 des Amplitudensiebs 2 anlie
gende Synchronimpulssignal ist einer nachgeschalteten, getaste
ten PLL-Schaltung 4 zuführbar. Dem Amplitudensieb 2 und der
PLL-Schaltung 4 ist eine Impulsumschaltstufe 5 nachgeschaltet,
die die Synchronimpulsfolge aus dem Amplitudensieb 2 um Ersatz
impulse aus der PLL-Schaltung 4 ergänzt. Folglich sind die Syn
chronimpulse des Videosignals präzisiert bzw. im Sinne der ori
ginären Synchronimpulssignale zu einer lückenlosen Synchronim
pulsfolge ergänzt.
Fig. 1 zeigt grundsätzlich die prinzipielle Funktionsweise der
erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Rahmen der hier gewählten
Darstellung handelt es sich bei dem Videosignal um ein von ei
ner VGA- oder EGA-Karte generiertes Signal, welches in die je
weiligen Farbbestandteile zerlegt ist. Entsprechend werden die
Videosignale für die Farben rot, blau und grün in den drei Ein
gangsstufen 1 R, 1 B, 1 G verstärkt und dann dem in den Figuren
nicht gezeigten LC-Display zugeführt.
Das Videosignal des Grünkanals ist zusätzlich mit dem Syn
chronimpulssignal beaufschlagt. Deshalb wird dieses Signal ei
ner Synchronimpuls-Abtrennstufe 6 zugeführt. Das so gewonnene
Synchronsignalgemisch wird nur als Hilfssignal für eine nach
folgende Präzisionsimpulsabtrennung verwendet, da es in seiner
Phasenlage nicht stabil ist.
Das Amplitudensieb 2 weist einen Komparator 7 auf, der als Prä
zisions-Komparator ausgeführt ist. Die Schaltschwelle des Kom
parators 7 liegt etwa bei 50 % des Synchronsignalpegels. Die
Messung des Synchronsignalpegels erfolgt in der Schaltpegeler
zeugung 8. Des weiteren entsteht hier ein Klemmimpuls als quasi
Abfallprodukt, der wiederum den Eingangsstufen 1 R, 1 B, 1 G zuge
führt wird.
Der Komparator 7 wird nur zu dem Zeitpunkt freigegeben, zu dem
ein Horizontal-Synchronimpuls erwartet wird. Das als Fenster
bezeichnete Freigabesignal wird mittels der dafür vorgesehenen
Schalteinrichtung zur Erzeugung des Freigabesignals 9 erzeugt.
Dadurch wird erreicht, daß während ca. 98% einer Horizontal-
Periode der Komparator 7 gesperrt ist und während dieser Zeit
nicht auf Störungen reagieren kann. Außerhalb des Fensters und
während des Vertikal-Signals ist der Komparator 7 gesperrt.
Das Signal aus der Vertikalimpuls-Abtrennstufe 10 wird einer
seits zum nicht gezeigten LC-Display geführt und andererseits
als Hilfssignal für die Schaltpegel- und Klemmimpulserzeugung
8, die Schalteinrichtung 9 zur Erzeugung eines Freigabesignals
und die Vertikalimpuls-Erzeugung verwendet. Die so gewonnenen
Synchronsignale werden der getasteten PLL-Schaltung 4 zuge
führt, deren VCO auch bei fehlenden Synchronimpulsen stets pha
sensynchron arbeitet.
Die bei dem Amplitudensieb 2 an dessen Ausgang 3 fehlenden Ho
rizontalimpulse werden in der Impulsumschaltstufe 5 durch Er
satzimpulse aus der getasteten PLL-Schaltung 4 ergänzt.
Nachfolgend wird die Eingangsstufe gemäß der Darstellung in
Fig. 2 erläutert.
Gemäß dem Blockschaltbild in Fig. 2 wird das Videosignal - es
kann sich hier sowohl um das Rot-, Blau- oder Grünsignal
(gemeinsam mit dem Synchronimpulssignal) handeln - über den
Kondensator 11 einer Bootstrap-Eingangsstufe 12 zugeführt. Über
einen Addierer 13 gelangt das Videosignal an eine Verstärker
stufe 14, wird dort um den Faktor 2 verstärkt und an den Aus
gang weitergeleitet. Da der DC-Pegel des Videosignals signalab
hängig ist, wird zuvor eine über einen getasteten Regelkreis
erzeugte Gleichspannung addiert.
Bedingt durch den Kondensator 11 und die nachgeschaltete sehr
hochohmige Bootstrap-Eingangsstufe 12 ist die signalabhängige
DC-Pegelschwankung äußerst niederfrequent und in der Amplitude
begrenzt. Zum Zeitpunkt der hinteren Schwarzschulter des Video
signals wird mittels eines Klemmimpulses H BACKP der Analog
schalter 15 geschlossen und das Videosignal wird - in dem hier
gewählten Ausführungsbeispiel - über einen Widerstand 16 einem
aus einem Kondensator 17 und einem Operationsverstärker 18 be
stehenden Integrator zugeführt, dessen Ausgangspotential wie
derum dem Addierer 13 als Korrekturspannung zugeführt wird.
Durch diese getastete Gegenkopplung wird ein konstanter
Schwarzpegel erreicht. Während des aktiven Teils der Videozeile
fällt das Potential nicht nennenswert ab. Die Dioden 19, 20
dienen zur Begrenzung der Korrekturspannung, damit der Ansteu
erbereich der Verstärkerstufe 14 während der Eintastphase nicht
überschritten wird.
Folglich wird hier zu bestimmten Zeitabschnitten, d. h. inner
halb eines vorgebbaren Zeitfensters, abgefragt, ob Synchronim
pulssignale auftreten. Es findet also bereits hier eine breite
Selektierung statt.
Fig. 3 zeigt die Synchronimpuls-Abtrennstufe 6 im Detail. Das
Videosignal gelangt über einen Tiefpaßfilter 19 und einen Puf
ferverstärker 20 an einen durch einen Operationsverstärker 21
aufgebauten Limiter. Durch diese Anordnung werden die dem Vi
deosignal anhaftende starke hochfrequente Preemphasis sowie
hochfrequente Störungen eliminiert und das Signal wird ver
stärkt. Eine getastete DC-Potentialregelung 22 sorgt dafür, daß
am Ausgang des Operationsverstärkers 21 der Synchronimpulspegel
Sync Grund auf Null Volt liegt. Die Funktionsweise ähnelt der
des Videoeingangsverstärkers. Der Klemmimpuls wird hier jedoch
intern erzeugt.
Der dem Operationsverstärker 21 nachgeschaltete Komparator 23
ist auf eine Schaltschwelle von 50 mV eingestellt, so daß auch
bei unterschiedlichen Videosignalamplituden das Synchronsignal
sicher erkannt wird. Folglich findet hier bereits eine sehr
enge Selektierung der Synchronimpulssignale statt.
Gemäß der die Schalteinrichtung 9 zur Erzeugung eines Freigabe
signals zeigenden Darstellung in Fig. 4 wird das von der Syn
chronabtrennung kommende Signal an Monoflops 24, 25, 26 ange
legt. Das Ausgangssignal des Monoflop 24 wird mittels eines Wi
derstandes 27 und eines Kondensators 28 zu einer frequenzabhän
gigen Gleichspannung gewandelt. Ein nachgeschalteter Spannungs-
/Stromwandler 29 liefert den Ladestrom für den Kondensator 30.
Somit ist die Zeitkonstante des Flip-Flop 25 frequenzabhängig.
Der mit dem V-Signal geöffnete Schalter 31 verhindert eine Mit
telwertbildung, damit durch Serrations bzw. den durchgehenden
V-Impuls keine Fensterveränderung stattfindet. Es wird vielmehr
der alte Wert beibehalten.
Ein Teil des Fenstersperrimpulses wird im Monoflop 25 gene
riert, das durch das Synchronsignal getriggert wird. Durch die
frequenzabhängige Zeitkonstante bleibt die Zeit, in der das
Monoflop 25 nicht getriggert wird, konstant. Die Genauigkeit
dieses so erzeugten Fensters ist jedoch nicht ausreichend, so
daß eine zweite Regelschaltung eingesetzt werden muß.
Die Zeitkonstante des Monoflop 25 ist so dimensioniert, daß sie
ca. 90% der Gesamtsperrimpulslänge beträgt. Ein weiteres von
dem Monoflop 25 getriggertes Monoflop 32 erzeugt die restlichen
10% der Gesamtsperrimpulslänge. Dieses Monoflop 32 wird mit
tels veränderbarer Zeitkonstante geregelt, so daß die Mitlauf
ungenauigkeit des Monoflop 25 damit kompensiert wird. Die Im
pulse der Monoflops 25 und 32 werden mittels des Bauteils 33 zu
einem Gesamtsperrimpuls zusammengefaßt (vgl. das Zeitdiagramm
in Fig. 9).
Für die Regelung der Zeitkonstante wird mit dem Monoflop 25 ein
Impuls von ca. 2 µs erzeugt. Nur für diese Zeit von 2 µs wird
das nachgeschaltete Amplitudensieb 2 bzw. der darin enthaltene
Präzisionskomparator 7 freigegeben, wobei nur die zeitliche
Länge, nicht aber die zeitliche Lage des Impulses stimmt. Die
Länge des Sperrimpulses plus die Impulslänge des Monoflop 26
entspricht der Periodendauer des Synchronsignals. Die beiden
Impulse werden mittels der Widerstände 34, 25 voneinander sub
trahiert und die Differenz wird über einen durch den Operati
onsverstärker 36 und einen Kondensator 37 gebildeten Integrator
dem Monoflop 32 als Regelspannung für die Zeitkonstante zuge
führt.
Hat der invertierte Sperrimpuls die exakte Länge, so ergibt
sich nach der Subtraktion ein Mittelwert von 2,5 V am Integra
tor, dessen Referenzspannung ebenfalls 2,5 V beträgt. Die Re
gelspannung ändert sich in diesem Falle nicht. Bei einer Abwei
chung der Sperrimpulsdauer weicht der Mittelwert vom vorgegebe
nen Wert ab, es entsteht eine Regelspannung, und die Zeitkon
stante des Monoflop wird so lange verhindert, bis der Sollwert
erreicht ist (siehe Zeitdiagramm aus Fig. 9).
Bei der in Fig. 5 dargestellten Schaltpegel- und Klemmimpulser
zeugung 8 wird aus der negativen Flanke des Synchronimpulses CS
CTRL mittels der Monoflops 38, 39 ein Impuls abgeleitet, der
zeitlich ungefähr in der Mitte des Synchronimpulses liegt. Mit
dem so erzeugten Impuls vird eine Sample & Hold-Schaltung 40
gesteuert, die das Potential des Videosignals erfaßt und bis
zum nächsten Abtastimpuls sichert.
Aus der positiven Flanke wird mittels der Monoflops 41, 42 auf
gleiche Weise ein Impuls zum Zeitpunkt der hinteren Schwarz
schulter abgeleitet und mittels der Sample & Hold-Schaltung 43
das Potential des Videosignals zum Zeitpunkt der hinteren
Schwarzschulter erfaßt. Danach wird mittels der Widerstände 44,
45 der Mittelwert aus beiden Spannungen gebildet und dem Ampli
tudensieb 2 bzw. dem Präzisionskomparator 7 als Schaltschwelle
zugeführt.
Die zeitliche Lage der Abtastimpulse ist aus dem zu Fig. 5 ge
hörenden Diagramm zu entnehmen. Gleichzeitig wird der Impuls
aus dem Monoflop 42 den Eingangsstufen 1 R, 1 B, 1 G als Steuersi
gnal für die getastete Gegenkopplung zugeführt.
Fig. 6 zeigt die Vertikalimpuls-Abtrennstufe 10. Dort wird mit
der negativen Flanke des Synchronsignals CS CTRL ein Monoflop
46 getriggert. Die so verzögerte negative Flanke des CS CTRL-
Singals wird auf den Clock-Eingang eines nachgeschalteten D-
Flip-Flops 47 gegeben, das dann den logischen Pegel des Syn
chronimpulses erfaßt. Im Normalfall (gestrichelte Linie des da
zugehörenden Diagramms) führt das Synchronsignal nach Ablauf
der Zeit te wieder den High-Pegel. Der invertierte Ausgang des
D-Flip-Flops 47 führt in diesem Falle den Low-Pegel.
Steht ein verlängerte Synchronimpuls an, so besitzt dessen Pe
gel nach Ablauf der Zeit te noch inmmer den Low-Zustand und der
invertierte Ausgang des D-Flip-Flops 47 nimmt den High-Pegel
ein. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis wieder normale Syn
chronimpulse anliegen. Der so gewonnene V-Impuls wird an das in
den Figuren nicht gezeigte LC-Display gegeben, und des weiteren
als Hilfssignal für andere Schaltungsteile verwendet.
Fig. 7 zeigt im Detail das Amplitudensieb 2 bzw. den darin ent
haltenen Präzisionskomparator 7. Dort wird der eigentliche Syn
chronimpuls erzeugt. Das Videosignal G SYNC wird dem Komparator
7 am positiven Eingang angelegt. Der negative Eingang wird mit
dem aus der Schaltpegelerzeugung gewonnenen Schaltschwelle LE-
VEL beaufschlagt. Über den Enable-Eingang wird der Komparator 7
nur für die Zeit, zu der ein Synchronimpuls erwartet wird,
freigegeben. Während des V-Impulses wird der Komparator 7 ge
sperrt.
Anschließend wird das Signal über einen Inverter 48 an den VCO
49 und die Impulsumschaltstufe 5 gegeben.
Die abfallende Flanke des Fensterimpulses wird aus dem CS CTRL-
Signal gewonnen. Dieses Signal wird durch die Laufzeit des
Tiefpasses in der Schaltpegel- und Klemmimpulserzeugung 8 ver
zögert. Damit wird gewährleistet, daß die abfallende Flanke des
Fensterimpulses gegenüber der Referenzflanke des Synchronimpul
ses stets verzögert ist. Die zeitliche Signalfolge ist den Fig.
7 beigeordneten Diagrammen zu entnehmen.
Fig. 8 zeigt im Detail den getasteten Phasenregelkreis bzw. die
PLL-Schaltung 4. Der Synchronisationsbereich der PLL-Schaltung
4 ist bei dem hier gewählten Ausführungsbeispiel mit 15 bis 40
kHz vorgegeben. Mit einem einfachen Phasenkomparator ist dieser
Frequenzbereich nicht zu realisieren, da bei einer erforderli
chen Bandbreite des Schleifenfilters keine Regelung mehr mög
lich wäre.
Deshalb wurde eine PLL-Schaltung 4 mit einem Frequenz-
/Phasenkomparator (flankengetriggerter Flip-Flop-Komparator,
beispielsweise HC 4046 oder Motorola MC 1 45 68B) und einem ge
tasteten Phasenkomparator gewählt, die entsprechend geschaltet
werden. Die Gesamtanordnung ist dem Blockschaltbild in Fig. 8
zu entnehmen. Während des frequenzmäßigen Einlaufs wird der
Frequenz-/Phasenkomparator eingeschaltet. Nach Einrasten der
PLL-Schaltung 4 ist der getastete Phasenkomparator wirksam.
Der frequenzmäßige Einlauf vollzieht sich wie folgt:
So lange der Mittelwert der vom Lock Indikator 60 abgegebenen
Impulse zeigt, daß der VCO 49 nicht gerastet hat, bleibt der
Ausgang der nachgeschalteten Schmitt-Trigger-Stufe 50 auf Null.
In diesem Falle ist der Schalter 51 geschlossen bzw. der Schal
ter 52 geöffnet. Der Frequenz-/Phasenvergleich ist demnach ein
geschaltet. Dessen Ausgang liefert so lange positive bzw. nega
tive Impulse, bis der VCO 49 einrastet. Die Ausgangsimpulse des
Freqenz-/Phasenvergleichs werden mittels des Operationsverstär
kers 53, des Kondensators 54 und des Widerstands 55 zu einer
Steuerspannung integriert und dem VCO 49 zugeführt.
Bei fehlenden H-Impulsen wird eine zu hohe Oszillatorfrequenz
detektiert. Um dies zu verhindern, sind die Monoflops 56, 57
eingefügt, die mit dem V-Impuls zurückgesetzt werden. Damit er
halten beide Eingänge des Phasenkomparators kein Signal mehr
und der Ausgang ist somit hochohmig. Die Steuerspannung des VCO
49 behält somit ihren alten Wert.
Das Zeitdiagramm gemäß der Darstellung in Fig. 9 zeigt im er
sten Falle den gerasteten Zustand für den Frequenz-
/Phasenkomparator 58. Für die Phasenverriegelung mit getastetem
Phasenvergleich ergibt sich folgendes:
Die Stabilität des Frequenz-/Phasenvergleichs ist nicht ausrei
chend. Deshalb wird ein weiterer mit dem Schalter 59 getasteter
Phasenkomparator nachgeschaltet. Sobald der Frequenz-
/Phasenregelkreis eingerastet ist, erscheint am Ausgang des
Lock-Indicators 60 ein High-Signal mit sehr kurzen negativen
Nadeln. Die Schwelle des dem Integrator nachgeschalteten
Schmitt-Triggers 50 ist so eingestellt, daß er nur im eingera
steten Zustand einen High-Pegel abgeben wird. In diesem Zeit
punkt ist der Schalter 51 geöffnet und der Schalter 52 ge
schlossen. Der durch den Schalter 59 gebildete getastete Pha
senkomparator ist in Betrieb.
In diesem Falle wird der Schalter 59 mit dem Ausgangssignal des
Monoflop 56 eingeschaltet und der momentane Pegel des VCO-Aus
gangssignals auf den Integrator (Widerstand 55, Kondensator 54,
Operationsverstärker 53) ist gegeben. Eilt die Phase vor, so
ist der momentane Pegel "Low" und die Steuerspannung des VCO 49
sinkt ab. Bei voreilender Phase findet dieser Vorgang in umge
kehrter Richtung statt.
Für den gerasteten Zustand ergibt sich, daß die negative Flanke
des VCO-Ausgangssignals zeitlich genau in der Mitte des Schalt
signals von MM1 liegt (siehe auch Zeitdiagramm gemäß der Dar
stellung in Fig. 9, 2. und 3. Teil).
Da der Komparator mit einem anderen Phasenversatz rastet, ist
noch eine Zusatzbeschaltung (Flip-Flop 61 und Monoflop 62) er
forderlich. Die Kombination aus Monoflop 62 und Flip-Flop 61
verzögert die positive Flanke des VCO-Ausgangssignals. Gestal
tet man die Zeitkonstante des Monoflop 62 variabel, so läßt
sich der Phasenversatz exakt kompensieren (vgl. das Zeitdia
gramm aus Fig. 9, 2. und 3. Teil).
Der Vorteil des getasteten Phasenkomparators liegt darin, daß
bei fehlenden Synchronisationsimpulsen (Signal aus dem Monoflop
56) nicht abgetastet und somit die Regelspannung für den VCO 49
nicht verändert wird. Es sind vorteilhafterweise keine
"Sondermaßnahmen" wie beim Frequenz-/Phasenkomparator 58 erfor
derlich.
Schließlich zeigt Fig. 10 detailliert die Impulsumschaltstufe
5. Mit dem negativen V-Impuls wird zwischen dem original H-Im
puls CMP OUT und dem Horizontalimpuls des VCO 49 H VCO umge
schaltet. Das so erhaltene Signal triggert mit der positiven
Flanke des nachgeschalteten Monoflop 63. Das Ausgangssignal
wird dann dem LC-Display als Horizontalimpuls zugeführt. Durch
diese Art der H-Impulsschaltung werden nur die tatsächlich feh
lenden H-Impulse durch VCO-Impulse ersetzt. Damit wird gewähr
leistet, daß keine Phasenverschiebung der H-Impulse während der
aktiven Videozeilen erfolgt.
Abschließend sei hervorgehoben, daß das voranstehend erörterte
Ausführungsbeispiel lediglich der Erläuterung der beanspruchten
Lehre dient, diese jedoch keineswegs einschränkt.
Claims (25)
1. Verfahren zur Steuerimpulsaufbereitung bei Videosignalen,
insbesondere zur Ansteuerung eines Flüssigkristallbildschirmes,
bei dem das mit einem Synchronimpulssignal beaufschlagte Video
signal detektiert wird und der zur Bildschirmsteuerung dienende
Synchronimpulsanteil extrahiert wird, bei dem eine künstliche
Synchronimpulsfolge nach Maßgabe der Synchronimpulsfolge des
Videosignals generiert wird und bei dem die künstliche Syn
chronimpulsfolge mit der Synchronimpulsfolge des Videosignals
synchronisiert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß aus dem de
tektierten Videosignal ein Synchronhilfsimpulssignal extrahiert
wird, das zur Erzeugung und zur Lagebestimmung eines vorgebba
ren Zeitfenstern entsprechenden Freigabesignals dient, daß die
Detektion der Synchronimpulse des Videosignals nur in den Zeit
fenstern erfolgt und daß zumindest eine partielle Addition des
detektierten und des künstlichen Synchronimpulssignals erfolgt,
so daß bei fehlerhaftem oder ausbleibendem Synchronimpulssignal
das künstliche Synchronimpulssignal als Referenzsignal dient.
2. Verfahren nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
künstliche Synchronimpulssignal in einem ersten Schritt grob
und in einem zweiten Schritt fein auf die Synchronimpulsfolge
des Videosignals abgestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Addition des detektierten und des künst
lichen Synchronimpulssignals nur bei ausbleibendem Synchronim
puls des Videosignals stattfindet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das aus der Addition resultierende Signal
bzgl. seines Pegels auf einen Maximalwert begrenzt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß das künstliche Synchronimpulssignal in vor
gebbaren Zeitabständen dem detektierten Synchronimpulssignal
angepaßt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Synchronhilfsimpulssignal zur Definition
der sog. Schwarzschulter als Referenz für die Farbe "Schwarz"
dient.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Gewinnung des Synchronhilfsimpulssignals
eine Tiefpaßfilterung des Synchronimpulssignals zur Unter
drückung von dem Synchronimpulssignal überlagerten Störungen
umfaßt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Synchronimpulssignale sowohl die Horizon
talimpulse als auch die Vertikalimpulse des Videosignals umfas
sen.
9. Vorrichtung zur Steuerimpulsaufbereitung bei Videosignalen,
insbesondere zur Ansteuerung eines Flüssigkristallbildschirmes,
vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An
sprüche 1 bis 8, bei der einer zur Verstärkung des mit einem
Synchronimpulssignal beaufschlagten Videosignals dienenden Ein
gangsstufe (1 G) ein Amplitudensieb (2) nachgeschaltet ist und
bei der das am Ausgang (3) des Amplitudensiebes (2) anliegende
Synchronimpulssignal einer nachgeschalteten PLL-Schaltung (4)
zuführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangs
stufe (1 G) des weiteren eine Synchronimpuls-Abtrennstufe (6)
zur Abtrennung eines Synchronhilfsimpulssignals nachgeschaltet ist,
daß zwischen der Synchronimpuls-Abtrennstufe (6) und dem Ampli
tudensieb (2) eine Schalteinrichtung (9) zur Erzeugung eines
Freigabesignals für das Amplitudensieb (2) vorgesehen ist und
daß dem Amplitudensieb (2) und der PLL-Schaltung (4) eine
Impulsumschaltstufe (5) nachgeschaltet ist, die die Synchronim
pulsfolge aus dem Amplitudensieb (2) um Ersatzimpulse aus der
PLL-Schaltung (4) ergänzt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die PLL-Schaltung (4) getastet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Amplitudensieb (2) einen Präzisionskomparator (7)
aufweist, an dessen positivem Eingang das Videosignal von der
Eingangsstufe (1 G) her anliegt und dessen negativer Eingang von
einer Schaltpegelerzeugung (8) her beaufschlagt ist und daß der
Präzisionskomparator (7) über dessen Enable-Eingang für die
erwartete Zeit des Synchronimpulssignals freigebbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß der Eingangsstufe (1 G) die
Synchronimpuls-Abtrennstufe (6) zur Abtrennung des Synchronhilfs
impulssignals zur nachfolgenden Präzisionsimpulsabtrennung nachge
schaltet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Synchronimpuls-Abtrennstufe (6) einen
Tiefpaß (19), einen sich anschließenden Pufferverstärker (20)
und einen nachgeschalteten Limiter mit einem Operationsverstärker
(21) aufweist, daß eine getastete DC-Potentialregelung (22)
den Ausgang des Operationsverstärkers auf 0 Volt legt und daß
dem Limiter ein Komparator (23) nachgeschaltet ist, der eine
Schaltschwelle von vorzugsweise 50 mV vorgibt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Komparator (7) des Amplitudensiebes (2)
eine vorgebbare Schaltschwelle aufweist und daß der Synchronimpuls
signalpegel in einer ebenfalls der Eingangsstufe (1 G) nach
geschalteten Schaltpegelerzeugung (8) meßbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltschwelle des Komparators (7) des Amplitudensiebes (2)
bei etwa 50% des Synchronimpulssignalpegels liegt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich
net, daß die Schaltpegelerzeugung (8) des weiteren eine Klemm
impulserzeugung umfaßt und daß der Klemmimpuls der Eingangsstufe
(1 R, 1 B, 1 G) zugeführt wird, dort zum Zeitpunkt der hinteren
Schwarzschulter einen Schalter (15) schließt, so daß das Video
signal einem Integrator zuführbar ist, dessen Ausgangspotential
wiederum einer Addierstufe (13) als Korrekturspannung zuführbar
ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaltpegel- und Klemmimpulserzeugung (8) zwei Monoflop
paare (38, 39; 41, 42) zur Ableitung eines Impulses aus dem von
der Synchronimpuls-Abtrennstufe (6) kommenden Synchronhilfsimpuls,
vorzugsweise aus dessen positiver und negativer Flanke, auf
weist, daß den Monoflopparen (38, 39; 41, 42) jeweils eine
"Sample and Hold"-Schaltung (40; 43) nachgeschaltet ist und daß
eine Einrichtung zur anschließenden Mittelwertbildung der dem
Amplitudensieb (2) zuzuführenden Schaltschwelle nachgeschaltet
ist, wobei der Ausgang eines der Monoflops (42) mit der Ein
gangsstufe (1 R, 1 B, 1 G) verbunden ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9
bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Synchronim
puls-Abtrennstufe (6) und dem Amplitudensieb (2) eine Schalt
einrichtung (9) zur Erzeugung eines Freigabesignals für den
Komparator (7) des Amplitudensiebes (2) vorgesehen ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (9) zur Erzeugung des
Freigabesignals mindestens drei Monoflops (24, 25, 26) aufweist,
an die das von der Synchronimpuls-Abtrennstufe (6) kommende
Signal jeweils angelegt wird.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Synchronimpuls-Abtrennstufe (6) eine Ver
tikalimpuls-Abtrennstufe (10) nachgeschaltet ist, wobei das
Ausgangssignal der Vertikalimpuls-Abtrennstufe (10) einerseits
zu einem vorzugsweise als LCD ausgeführten Display, andererseits
als Hilfssignal zu der
Schalteinrichtung (9) zur Erzeugung eines Freigabesignals für
den Komparator (7) und der Vertikalimpulserzeugung leitbar ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß
die Vertikalimpuls-Abtrennstufe (10) ein von der negativen
Flanke des von der Synchronimpuls-Abtrennstufe (6) kommenden
Synchronhilfsimpulses getriggertes Monoflop (46) aufweist, dem ein
D-Flip-Flop (47) zur Erfassung des logischen Pegels des Syn
chronhilfsimpulses nachgeschaltet ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeich
net, daß die PLL-Schaltung (4) einerseits dem Amplitudensieb
(2), andererseits der Vertikalimpuls-Abtrennstufe (10) nach
geschaltet und der Impulsumschaltstufe (5) vorgeschaltet ist und
daß die Impulsumschaltstufe (5) über die Vertikalimpuls-Ab
trennstufe (10) ansteuerbar ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch ge
kennzeichnet, daß die PLL-Schaltung (4) einen Synchronisations
bereich von etwa 15 bis 40 kHz aufweist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch ge
kennzeichnet, daß die PLL-Schaltung (4) einen flankengetrig
gerten Flip-Flop-Komparator (61) und einen getasteten Phasen
komparator (58) aufweist, wobei während des frequenzmäßigen
Einlaufs der flankengetriggerte Flip-Flop (61) eingeschaltet
wird und nach Einrasten der PLL-Schaltung (4) der getastete
Phasenkomparator (58) wirksam ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche
9 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Schalter der Impulsumschaltstufe (5) über die Vertikal
impuls-Abtrennstufe (10) mit einem Vertikalimpuls ansteuerbar
ist und daß ein über den Schalter getriggertes Monoflop
(63) nachgeschaltet ist, dessen Ausgangssignal dem Display als
Horizontalimpuls zuführbar ist.
Priority Applications (1)
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DE19914129843 DE4129843C2 (de) | 1991-09-09 | 1991-09-09 | Verfahren und Vorrichtung zur Steuerimpulsaufbereitung bei Videosignalen |
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- 1991-09-09 DE DE19914129843 patent/DE4129843C2/de not_active Expired - Fee Related
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