DE4129843C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerimpulsaufbereitung bei Videosignalen - Google Patents

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.