DE4130338A1 - Schaltung mit einem a/d-wandler- oder d/a-wandler - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltung gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Bei einem digitalen Videorecorder wird bei der Aufnahme ein A/D-Wandler und bei der Wiedergabe ein D/A-Wandler benötigt. Bei Wörtern mit 8 Bit hat ein derartiger Wandler eine Auflö­ sung der digitalen Wörter von 0-255, also 256 Wörter. Bei einem BAS-Signal nimmt das Synchronsignal S 30% des Amplitu­ denbereiches ein. Das bedeutet, daß bei der Wandlung eines BAS-Signals 30% oder etwa 80 Wörter für die Auflösung des eigentlichen BA-Signals verlorengehen, so daß für das eigent­ liche Bildsignal nur noch etwa 180 Wörter zur Verfügung ste­ hen und somit die Auflösung für das Bildsignal entsprechend geringer ist.

Es ist auch bekannt, das BA-Signal und das Synchronsignal S voneinander zu trennen und über getrennte Wege zu führen. Dadurch erhöht sich aber der Schaltungsaufwand, weil dann diese Signale getrennt verarbeitet werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne erhöhten Schaltungsaufwand die Ausnutzung derartiger Wandler und die Auflösung des gewandelten Signalen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin­ dung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung beruht auf folgender Überlegung. Fernsehsigna­ le verschiedener Art haben die Besonderheit, daß das Signal in definierten, aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten defi­ nierte unterschiedliche Amplitudenbereiche einnimmt. Es ist dann also bekannt, daß in einem definierten Zeitbereich ein bestimmter, möglicherweise reduzierter Amplitudenbereich nicht überschritten wird. Das bietet nun die Möglichkeit, jeweils in einem Amplitudenbereich den Wandler so zu steu­ ern, daß das Signal den gesamten Aussteuerbereich einnimmt, d. h. voll ausnutzt, aber auch nicht überschreitet. Dabei wird die Möglichkeit ausgenutzt, daß bei derartigen Wandlern der Aussteuerbereich durch angelegte Referenzspannungen be­ stimmt und durch diese veränderbar ist. Es wird also jeder Zeitbereich hinsichtlich der Aussteuerung des Wandlers so behandelt, als gäbe es nur das Signal dieses Zeitbereiches mit seinem definierten Amplitudenbereich. Die Möglichkeit der Einstellung des Aussteuerbereiches durch an den Wandler angelegte Referenzspannungen, die bislang im wesentlichen zur einmaligen Einstellung des Aussteuerbereiches genutzt wurde, wird also in neuartiger Weise zu einer dynamischen Umschaltung des Aussteuerbereiches ausgenutzt.

Die Erfindung ist grundsätzlich anwendbar, wenn die genann­ ten Voraussetzungen vorliegen. Das ist z. B. der Fall bei ei­ nem BAS-Signal, bei dem das Synchronsignal S einen ersten Zeitbereich mit einem begrenzten Amplitudenbereich von 30% der BAS-Amplitude und das BA-Signal einen zweiten Zeitbe­ reich von etwa 70 % der BAS-Amplitude einnimmt. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist ein Signal, das sequentiell das Leuchtdichtesignal Y und die beiden Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y enthält. Die Erfindung ist auch anwendbar, wenn se­ quentiell zwei Farbwertsignale U und V vorliegen, die eben­ falls unterschiedliche Amplitudenbereiche einnehmen.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine deutliche Verein­ fachung des Schaltungsaufwandes bei gleichzeitiger Qualitäts­ verbesserung hinsichtlich Auflösung. Es wird ermöglicht, z. B. mit einem Wandler im Y-Kanal das Synchronsignal, den Schwarz­ wert und die Videodaten mit jeweils 8 Bit Auflösung darzu­ stellen und trotzdem alles pegelrichtig auszugeben. Das Ver­ fahren ist auf der Ausgangsseite bei der D/A-Wandlung allein einsetzbar, wenn auf der Eingangsseite nur das Videosignal ohne Synchronimpulsanteil digitalisiert wurde. Die Vorteile ergeben sich auch, wenn nur Farbwertsignale vorliegen. Da gemäß CCIR601 die Farbwertsignale U/V nacheinander verarbei­ tet werden, ist ein einziger Wandler für beide Signale je­ weils mit voller Ausnutzung des Amplitudenbereiches möglich. Durch die Möglichkeit der Umschaltung des Aussteuerbereiches durch die angelegten Referenzspannungen lassen sich die Ma­ trixstufen stark vereinfachen, und ein beliebiger Schwarz­ wert läßt sich einfügen. Für die pegelrichtige Verarbeitung der Farbdifferenzsignale ist es dabei notwendig, daß die Um­ schaltung der Referenzspannungen sowohl auf der Eingangssei­ te oder Aufnahme, also der A/D-Wandlung, als auch auf der Ausgangsseite oder der Wiedergabe bei der D/A-Wandlung er­ folgt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläu­ tert. Darin zeigen

Fig. 1 im Prinzip die erfindungsgemäße Umschaltung des Wandlers,

Fig. 2 ein Signalverlauf zur Erläuterung von Fig. 1,

Fig. 3, 4 die Anwendung auf ein spezielles sequentielles Fernsehsignal,

Fig. 5, 6 die Anwendung auf ein reines Farbwertsignal,

Fig. 7 ein detailliertes Blockschaltbild für eine D/A-Wandlung und

Fig. 8 ein Blockschaltbild für die Verarbeitung von reinen Farbdifferenzsignalen.

In Fig. 1 gelangt ein BAS-Signal von der Klemme a auf den Eingang b des A/D-Wandlers 1, der an seinem Ausgang e ein entsprechendes digitales Signal liefert. Der Aussteuerbe­ reich des Wandlers 1 ist durch an die Klemmen c und d ange­ legte Referenzspannungen U1 und U2 von der Referenzspannungs­ quelle 2 einstellbar und veränderbar. Aus dem BAS-Signal wird in dem Impulsformer 3 ein Markiersignal M erzeugt, das während des Zeitabschnittes T1 gemäß Fig. 2 den Anteil memren und während des Zeitabschnitts T2 den Anteil hat.

Während des Zeitabschnitts T1 sind über den durch das Mar­ kiersignal M betätigten Schalter 4 die Referenzspannungen U1 und U2 an die Eingänge c und d des Wandlers 1 angelegt. U1 und U2 sind so bemessen, daß der Wandler 1 einen Aussteuerbe­ reich an der Klemme b zwischen 0 Volt und 0,3 Volt hat. Der Synchronimpuls S wird also während T1 mit der vollen Auflö­ sung von 0-255, also 256 Wörtern bei 8 Bit digitalisiert. Die maximale Auflösung des Wandlers 1 wird also für das Syn­ chronsignal S ausgenutzt. Während des Zeitabschnitts T2 sind durch das Markiersignal M über den Schalter 4 die Referenz­ spannungen U1′ und U2′ an die Eingänge c und d angelegt. U1′ und U2′ sind so bemessen, daß der Wandler 1 an seinem Ein­ gang b einen Aussteuerbereich von 0,3-1 Volt hat. Es wird jetzt während T2 das BA-Signal mit der vollen Auflösung von 256 Wörtern digitalisiert.

Um die bei der Wiedergabe bei der D/A-Wandlung wieder die ursprünglichen Amplituden der Signale S einerseits und DA andererseits zu gewährleisten, erfolgt dort eine entgegenge­ setzte Änderung des Aussteuerbereiches durch das Markiersi­ gnal M.

Das Signaldiagramm gemäß Fig. 3, 4 zeigt im oberen Bereich die Pegelverhältnisse für das Leuchtdichtesignal Y* und die beiden Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y am Beispiel eines Standardfarbbalkens. Es ist ersichtlich, daß hier die sequen­ tiellen Signale Y*, R-Y und B-Y in aufeinanderfolgenden Zeit­ abschnitten unterschiedliche Amplitudenbereiche einnehmen. Der einzige Wandler, der mit diesen sequentiellen Signalen gespeist wird, wird dann gemäß Fig. 1 durch Umschaltung der Referenzspannungen wieder so umgeschaltet, daß jedes der drei sequentiellen Signale in Fig. 3 den vollen Aussteuerbe­ reich des Wandlers einnimmt. Fig. 4 zeigt das Y-Signal. In Spalte 20 sind die normierten Pegel dargestellt, in Spalte 21 die sich daraus in einem 8 Bit-Wandler ergebenden Dezimal­ werte und in der Spalte 22 die Pegel, die am Ausgang eines D/A-Wandlers abgenommen werden können.

Das Signaldiagramm gemäß Fig. 5, 6 zeigt den Fall, daß die beiden Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y vorliegen. In den Fig. 4-6 entsprechen somit die dargestellten Spalten 20, 30, 33 einander, ebenso die Spalten 21, 31, 34 und eben­ so die Spalten 22, 32 und 35. Es ist ersichtlich, daß die beiden Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y trotz ihrer an sich unterschiedlichen Amplitude gemäß Fig. 3 je für sich den vol­ len Aussteuerbereich des Wandlers einnehmen, also mit ihrem gesamten Amplitudenbereich digitale Wörter von 0-255 erzeu­ gen.

Fig. 7 zeigt eine praktisch erprobte Schaltung für die Verar­ beitung des Leuchtdichtesignals Y gemäß Fig. 1, 2. Das Syn­ chronsignal S von Fig. 2 ist mit compsynch. bezeichnet und schaltet den Multiplexer 3 zwischen den Eingängen A und B um. Während der kurzen Synchronimpulszeit entsprechend T1 in Fig. 2 wird der Eingang A eingeschaltet und der Zustand der Schalterkombination 1 gewählt. Während der restlichen Zeit mit dem Schwarzwert und dem eigentlichen Bildsignal BA gemäß Fig. 2 wird der Zustand der Schalterkombination 2 gewählt. Mit den Signalanteilen memren und werden die Signale eines nicht dargestellten Speichers über einen Tristate Buffer 4 auf den D/A-Wandler 5 geschaltet oder das Signal aus dem Multiplexer 3. Der Multiplexer 6 schaltet je nach Zustand der Leitung memren die Referenzsignale für den DA-Wandler 5. Gewonnen werden diese aus einem Spannungsteiler, denen Spannungsfolgerstufen 7, 8, 9 nachgeschaltet sind. Die Werte v und w stellen den jeweils oberen Referenzwert dar, v für Synchron- und Schwarzwert und w für die Videodaten, also das BA-Signal. Die Werte u und v stehen für den jeweils unte­ ren Referenzwert, und zwar u für den Synchron- und Schwarz­ wert und v für die Videodaten. In der realisierten Schaltung wurde u = 1 Volt, v = 1,4 Volt und w = 2,5 Volt gewählt.

Fig. 8 zeigt das Blockschaltbild für die Verarbeitung der reinen Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y. Mit den Signalen memren und werden die Werte eines nicht dargestellten Speichers über den Tristate Buffer 54 auf den D/A-Wandler 53 geschaltet oder das Signal aus dem zweiten Tristate Buffer 52 während der Schwarzwertphase. Der dann auftretende Gleich­ spannungswert kann mit der Schalterkombination 51 einge­ stellt werden. Mit den Signalen memren und werden die Werte eines nicht dargestellten Speichers über einen Trist­ ate Buffer 4 auf den D/A-Wandler 53 geschaltet oder das Si­ gnal aus dem Multiplexer 3.

Der Multiplexer 55 schaltet je nach Zustand der Leitung R-Y/B-Y die Referenzsignale für den D/A-Wandler 53. Gewonnen wer­ den diese aus einem Spannungsteiler, dem Spannungsfolgerstu­ fen 56 nachgeschaltet sind. Die Werte x und w stellen den jeweils oberen Referenzwert dar, zwar x für B-Y und w für R-Y. Die Werte u und v stehen für den jeweils unteren Refe­ renzwert, und zwar u für B-Y und v für R-Y. In der realisier­ ten Schaltung lagen folgende Werte vor: u = 0,61 Volt, v = 0,8 Volt, w = 2,3 Volt und x = 2,39 Volt.

Während der Schwarzwertphase ist die Auswahl R-Y/B-Y blockiert, und ein Gleichspannungswert, vorgegeben durch die Schalterkombination 51, stellt sich ein. Der Multiplexer 57 dient dazu, die Signale R-Y und B-Y aufzuspalten.

Eine Umgehung der Y-Referenzpegelumschaltung ist möglich, indem dem in analoger Form zur Verfügung stehenden Signal Y* in einem Analogmultiplexer Synchronpegel und Schwarzpegel während des richtigen Zeitpunktes ausgeschaltet werden. Die­ se Lösung ist grundsätzlich einfacher realisierbar, kann je­ doch unter bestimmten Bedingungen größere Streuungen aufwei­ sen.

Die Blockschaltbilder stellen die Signalverarbeitungsstufen für die Farbsignale und das Leuchtdichtesignal getrennt dar. In der realisierten Schaltung ist die Spannungsteilerkette mit mehreren Abgriffen versehen, so daß sehr kleine Streuun­ gen erzielt werden können. Wegen der sich entsprechenden Schwarzwertpegel in den Y und R-Y/B-Y Kanälen kann z. B. bei den nachfolgenden Stufen (Matrix) auf eine Schwarzwertklemm­ ung verzichtet werden.

Claims (6)

1. Schaltung mit einem A/D- oder D/A-Wandler (1) zur Wand­ lung von Fernsehsignalen, die in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten definierte, unterschiedliche Amplituden­ bereiche einnehmen, wobei die Grenzwerte des Wandlungs­ bereiches für die Eingangsspannung durch an Referenzpe­ geleingänge angelegte Referenzspannungen bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungen (U1, U2) von Zeitabschnitt (T1) zu Zeitabschnitt (T2) derart umgeschaltet sind, daß in jedem Zeitabschnitt die ange­ legte Spannung den Aussteuerbereich des Wandlers (1) voll aussteuert.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungen (U1, U2) während der Dauer des Synchronsignals (S) erste Werte (U1, U2) und während der Dauer des Bildsignals (BA) zweite Werte (U1′, U2′) annehmen.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Wandler (1) ein sequentielles Signal aus Leucht­ dichtesignal (Y) und Farbsignalen (U, V) angelegt ist und individuell für jedes dieser Signale die Grenzen des Aussteuerbereiches des Wandlers (1) an die Amplitu­ dengrenzwerte des Signals angepaßt sind.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingang des Wandlers (1) zeitlich nacheinander Signale von verschiedenen Signalquellen angelegt sind.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung der Referenzspannungspegel sowohl auf der A/D-Eingangsseite als auch auf der D/A-Ausgangssei­ te erfolgt.

6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vom A/D-Wandler (1) zum D/A-Wandler ein Markiersignal (M) übertragen wird, das den Amplitudenbereich der ana­ logen Signale wieder auf die ursprünglichen Werte zu­ rücksteuert.