DE60103664T2

DE60103664T2 - Schwarzschulterklemmung

Info

Publication number: DE60103664T2
Application number: DE60103664T
Authority: DE
Inventors: Thomas Ronald KEEN
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2021-11-22
Also published as: DE60103664D1; US20040027492A1; EP1340370B1; US7126645B2; KR20040011434A; AU2002217772A1; MXPA03004600A; CN1214621C; JP4121369B2; WO2002043375A3; EP1340370A2; ES2220834T3; JP2004515125A; KR100803681B1; WO2002043375A2; CN1475073A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft die Videosignalverarbeitung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In Videosignalverarbeitungssystemen entweder mit rein analogen oder digitalisierten Videosignalen ist es häufig wünschenswert, eine Schwarzschulterklemmung zu implementieren, um den Gleichstromarbeitspunkt des Signals auf eine vorbestimmte Bezugsspannung zu setzen. Um die herkömmliche Praxis zu verstehen, wird der empfohlene Betrieb des IC 10 des Typs Broadcom 7020 (siehe 1) erläutert. Ein Videosignal V1 wird durch einen Video-Op-Amp 6 gepuffert und durch einen Koppelkondensator 8 dem Videoeingang des IC 10 zugeführt und dort durch einen A/D-Umsetzer 12 digitalisiert und parallel an einen Videodecodierer (VDEC) 14 und einen Eingang 16 eines getasteten Komparators 18 angelegt. Der andere Komparatoreingang 20 empfängt eine vorbestimmte Referenzspannung 22. Das Komparatorausgangssignal 24 ist ein Fehlersignal, das die Differenz zwischen dem Schwarzschulterspannungssignal des Komparatoreingangs 16 und der vorbestimmten Referenzspannung 22 übermittelt. Ein Schwarzschulterklemmimpuls (BPC-Impuls) 26 wird in dem VDEC 14 erzeugt und dient zum Freigeben des Komparators 18 während des Schwarzschulterintervalls. Das Fehlersignal 24 und der BPC-Impuls 26 werden an einen Impulsbreitenmodulator (PWM) 28 angelegt, der ein tastverhältnismoduliertes Signal 30 während des BPC-Impulsintervalls ausgibt und dessen Ausgang zu allen anderen Zeiten im Tristate-Verfahren im wesentlichen in einen Zustand unendlichen Widerstands gebracht wird. Das PWM-Ausgangssignal 30 ist eine Impulsfolge, die mit einer horizontalen Rate betrieben wird, deren oberer und unterer Pegel ungefähr null Volt bzw. 3,3 Volt beträgt und deren Impulsbreite ungefähr 50% beträgt, wenn der Komparatoreingang 16 gleich der vorbestimmten Referenzspannung 22 ist, und die von nahezu 0% bis nahezu 100% variiert, während der Komparatoreingang 16 von maximal High im Vergleich zu der vorbestimmten Referenzspannung 22 zu maximal Low im Vergleich zu der vorbestimmten Referenzspannung 22 variiert. Auf diese Weise weist das PWM-Ausgangssignal 30 eine Polarität auf, die eine negative Rückkopplung bereitstellt, die geeignet ist, die Gleichstromrestoration des Videoeingangssignals zu korrigieren. Das PWM-Ausgangssignal 30 wird durch den Widerstand 32 und den Kondensator 34 tiefpaßgefiltert, wobei dieser gefilterte Wert durch den Widerstand 36 an den Videoeingang angelegt wird. Der korrigierte Wert der auf das Videoeingangssignal angewandten Vor-Gleichspannung wird auf dem Koppelkondensator 8 gespeichert, der diesen Wert bis zum nächsten Horizontal-Schwarzschulterintervall hält, und an diesen Punkt wird eine neu korrigierte Vorspannung angelegt. Wenn das Videosignal jedoch zum ersten Mal an den Eingang des A/D-Umsetzers 12 angelegt wird, liegt die Vorspannung des Eingangs des VDEC 14 wahrscheinlich außerhalb des Dynamikumfangs des VDEC 14, und der VDEC 14 wird somit Schwierigkeiten haben, die Position des Horizontal-Sync zu bestimmen, und somit wird kein ordnungsgemäß zeitgesteuerter BPC-Impuls verfügbar sein. Aus diesem Grund wird der VDEC 14 im Freilaufmodus betrieben, bis die Rückkopplungsschleife langsam anspricht und der VDEC 14 das Horizontal-Sync findet, mißt, wie weit der A/D-Wert der folgenden Schwarzschulter von dem Idealwert von 240 (aus den 1024 A/D-Werten) entfernt ist, und korrigiert, um den Schwarzschulterpegel an dem Komparatoreingang 16 auf den ordnungsgemäßen Wert einzustellen. Danach wird der VDEC 14 in einem verriegelten Modus betrieben, um Sync und das Schwarzschulterintervall ordnungsgemäß zu identifizieren. Man stößt auf mehrere Probleme bei der Implementierung einer Schwarzschulterklemmung, wie oben beschrieben. Erstens ist ein Video-Op-Amp erforderlich, um einen Treiber mit sehr niedriger Ausgangsimpedanz bereitzustellen, um ein Offset in der Schleife aufgrund einer Verunreinigung des Videoeingangssignals durch das PWM-Signal zu minimieren. Zweitens wird die Schleifenverstärkung durch den Kehrwert der Summe der Widerstände 32 und 36 bestimmt und ist somit relativ niedrig. Drittens läßt sich die Schleifenansprechstabilität nur schwierig erzielen, da zwei dominante Pole, die dem Eingangskondensator 8 und dem Filterkondensator 34 zugeordnet sind, verwendet werden, und die anfängliche Stabilisierung der Schleife dauert lange, da es schwierig ist, das Schwarzschulterintervall zu identifizieren, wenn der A/D-Umsetzer 12 und der VDEC 14 zu Anfang außerhalb ihres optimalen Dynamikumfangs liegen. Die vorliegende Erfindung betrifft die Lösung dieser Probleme auf sehr kosteneffektive Weise.
US-A-5798802 beschreibt eine Videosignalklemmschaltung zum Anpassen des Gleichstrompegels eines zusammengesetzten Videosignals an den Verarbeitungsumfang einer digitalen Videosignalverarbeitungseinrichtung. Die Schaltung enthält einen Isolationskondensator in dem analogen Videosignalweg und eine gesteuerte Stromquelle, die mit einem schwebenden Isolationskondensatoranschluß verbunden ist und den Isolationskondensator nur mittels eines positiven oder negativen Klemmstroms lädt oder entlädt, wobei der Wert und das Vorzeichen der Klemmimpulse digital durch eine Komparatorschaltung gesteuert werden, die vorbestimmte Referenzwerte des zusammengesetzten Videosignals mit modusabhängigen Vergleichswerten vergleicht.
Eine ähnliche Schaltung ist aus DE-A-42 15 668 bekannt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung lehrt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Klemmen eines Schwarzschulterintervalls eines Videosignals gemäß den beigefügten Ansprüchen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Implementierung einer Schwarzschulterklemmung;
2 verschiedene Signalformen, die das PWM-Ausgangssignal charakterisieren;
3 eine beispielhafte Sync-Spitzen-Klemmung;
4 eine Sync-Spitzen-Klemmung unter Verwendung einer variablen Spannungsreferenz; und
5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In den Zeichnungen bedeutet die Verwendung einer identischen Bezugszahl in mehr als einer Figur dasselbe bzw. ähnliche Merkmale in den anderen Figuren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden, als Beispiel angegebenen Beschreibung deutlicher.
Mit Bezug auf 3 ist eine beispielhafte Sync-Spitzen-Klemmung 40 gezeigt, die in Verbindung mit einem Videoeingangssignal zu einer Videoverarbeitungseinheit, wie zum Beispiel dem IC Broadcom 7020, verwendet wird. Ein Transistor 42, Schaltkreise an der Basis des Transistors (d. h. ein Widerstand 44, ein Widerstand 46 und ein Kondensator 34) und ein Emitterwiderstand 48 liefern eine solide Gleichspannung. Die Klemmwirkung wird durch eine Diode 50, einen Leckwiderstand 52 und einen Koppelkondensator 8 durchgeführt. Die Spannung, auf die die Sync-Spitze geklemmt wird, wird durch das Teilerverhältnis der Widerstände 44 und 46 bestimmt.
Nunmehr mit Bezug auf 4 wird, wenn das PWM-Signal 30 durch den Widerstand 32 an den Referenzeingang 33 der Sync-Spitzen-Klemmung angelegt wird, das PWM-Ausgangssignal 30 durch den Kondensator 34 tiefpaßgefiltert und liefert eine variable Referenz für die Sync-Spitzen-Klemmung. Auf diese Weise können der Sync-Spitzen-Pegel und somit der Schwarzschulterpegel des an dem Kathodenanschluß der Diode 50 anliegenden Videosignals als Reaktion auf das Taktverhältnis des PWM-Ausgangssignals 30 um eine variable Referenz nachgestellt werden.
Nunmehr mit Bezug auf 5 sollte beachtet werden, daß bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das PWM-Ausgangssignal 30 des IC 10 des Typs Broadcom 7020 durch den Widerstand 32 an den Eingang 33 der Sync-Spitzen-Klemmung angelegt wird. Nach dem ersten Anlegen eines Videosignals hält die Steuerung 31 den PWM 28 in einem Tristate-Modus, so daß die Rückkopplungsschleife geöffnet wird. Durch entsprechende Wahl des Teilerverhältnisses der Sync-Spitzen-Klemmung der Widerstände 44 und 46 (siehe 3 und 4) wird das Videoeingangssignal fast unverzüglich auf ungefähr den korrekten Pegel vorgespannt. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Werte der Widerstände 44 und 46 so gewählt, daß am Emitter des Transistors 42 ungefähr 1,6 Volt Gleichspannung entwickelt werden, wenn der PWM-Ausgang 30 beim anfänglichen Anlegen eines Videosignals im Tristate-Modus gehalten wird, wodurch das sync-spitzengeklemmte Videoeingangssignal so vorgespannt wird, daß ein Schwarzschulter-Spannungspegel von ungefähr 1,3 Volt vorgelegt wird. Wenn der VDEC 14 die Steuerung 31 informiert, daß er eine Verriegelung erreicht hat, versetzt die Steuerung 31 den PWM 28 in einen aktiven Modus, und die Schleife ist während jedes nachfolgenden BPC-Impulsintervalls geschlossen. Während des aktiven Videosignals wird der PWM in Tristate versetzt, so daß der Kondensator den Gleichstrompegel hält. Nachdem die Schwarzschulter auf einen Wert in der Nähe von 240 wiederhergestellt wurde, wurde das Videosignal gleichstromwiederhergestellt, und der PWM verfolgt das Fehlersignal 24 auf jeder Zeile. Das PWM-Ausgangssignal 30 wird durch einen Reihenwiderstand 32 geleitet, bevor es an einen Kondensator 34 an dem Referenzeingang 33 der Sync-Spitzen-Klemmung angelegt wird. Dadurch kann man einstellen, wie schnell der Kondensator 34 das PWM-Ausgangssignal 30 integriert. Der durch den Kondensator 34, den Widerstand 32 und die Parallelschaltung des Widerstands 44 und des Widerstands 46 gebildete Pol ist der eine dominante Pol der Rückkopplungsschleife. Obwohl der Kondensator 8 immer noch einen Pol bildet, wird sein Pol mit dem sehr niedrigen Wert der dynamischen Impedanz der Klemmdiode 50 gebildet, und seine Frequenz liegt somit so hoch, daß er ignoriert werden kann. Wenn das an den Kondensator 8 angelegte Videosignal aus einem Treiber mit mäßig hoher Impedanz zugeführt wird, tritt ein etwaiges Offset aufgrund des Klemmstroms während des Sync-Intervalls auf und erzeugt somit während des Schwarzschulterintervalls kein Offset. Auf diese Weise entfällt die Notwendigkeit (samt damit verbundener Kosten) eines Video-Op-Amps mit sehr niedriger Ausgangsimpedanz. Die Schleifenverstärkung dieser Ausführungsform wird durch das Verhältnis der Parallelschaltung der Widerstände 44 und 46 (siehe 2 und 3) zu dem Widerstand 32 bestimmt. Folglich wird eine unabhängige Entwurfseinstellung der Schleifenverstärkung und des Schleifenansprechverhaltens bereitgestellt.
Obwohl die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen im Hinblick auf Spannungen erfolgte, versteht sich, daß Spannungen und/oder Ströme verwendet werden könnten. Obwohl die vorliegende Erfindung in bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, daß verschiedene Änderungen an den Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von dem durch die beigefügten Ansprüche definierten Gedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Klemmen eines Schwarzschulterintervalls eines Videosignals mit den folgenden Schritten: Klemmen eines Sync-Spitzen-Pegels des Videosignals auf eine variable Referenzspannung; Vergleichen eines Schwarzschulterspannungspegels des sync-spitzengeklemmten Videosignals mit einer Referenzspannung; Erzeugen eines Fehlersignals, das die Differenz zwischen dem Schwarzschulterspannungspegel und der Bezugsspannung darstellt; Einstellen der variablen Referenzspannung als Reaktion auf das Fehlersignal zur Minimierung des Fehlersignals; und vorübergehendes Sperren der Einstellung der variablen Referenz nach dem ersten Anlegen des Videosignals.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin mit dem folgenden Schritt: Digitalisieren des sync-spitzengeklemmten Videosignals vor dem Vergleichsschritt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Einstellens der variablen Referenzspannung den folgenden Schritt umfaßt: Verwenden eines impulsbreitenmodulierten Signals zur Erzeugung des variablen Referenzspannungssignals dergestalt, daß das Tastverhältnis des impulsbreitenmodulierten Signals auf das Fehlersignal reagiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Einstellens der variablen Referenzspannung den folgenden Schritt umfaßt: Verwenden eines impulsbreitenmodulierten Signals zur Erzeugung des variablen Referenzspannungssignals dergestalt, daß das Tastverhältnis des impulsbreitenmodulierten Signals auf das Fehlersignal reagiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Einstellens der variablen Referenzspannung weiterhin die folgenden Schritte umfaßt: Digitalisieren des sync-spitzengeklemmten Videosignals vor dem Vergleichsschritt; und Verwendung eines impulsbreitenmodulierten Signals zur Erzeugung des variablen Referenzspannungssignals dergestalt, daß das Tastverhältnis des tastverhältnismodulierten Signals auf das Fehlersignal reagiert.
Vorrichtung zur Einstellung eines Pegels eines Videosignals (V1) während eines Schwarzschulterintervalls eines Videosignals, umfassend: ein Mittel (40) zum Einstellen eines Sync-Spitzen-Pegels des Videosignals als Reaktion auf eine variable Referenzspannung (33); ein Mittel (18) zum Vergleichen des Schwarzschulterpegels des sync-pegeleingestellten Videosignals während des Schwarzschulterintervalls des sync-spitzenpegeleingestellten Videosignals mit einer Referenzspannung (22); ein Mittel (18) zur Bestimmung eines Differenzsignals (24) zwischen dem Schwarzschulterintervallpegel des sync-spitzenpegeleingestellten Videosignals und der Referenzspannung (22); ein Mittel (28) zur Regelung der variablen Referenzspannung (33) als Reaktion auf das Differenzsignal (24) dergestalt, daß das Differenzsignal (24) in Richtung Null reduziert wird; und ein Mittel (31) zum vorübergehenden Sperren des Mittels (40) zum Einstellen des Sync-Spitzen-Pegels des Videosignals als Reaktion auf die variable Referenzspannung (33) nach dem ersten Anlegen des Videosignals (V1).
Vorrichtung nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: ein Mittel (12) zum Umsetzen des sync-spitzenpegeleingestellten Videosignals in eine digitale Darstellung des sync-spitzenpegeleingestellten Videosignals.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Mittel (28) zur Steuerung der variablen Referenzspannung als Reaktion auf das Differenzsignal (24) einen Impulsbreitenmodulator umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: ein Mittel (12) zum Umsetzen des sync-spitzenpegeleingestellten Videosignals in eine digitale Darstellung des sync-spitzenpegeleingestellten Videosignals; wobei das Mittel (28) zur Regelung der variablen Referenzspannung als Reaktion auf das Differenzsignal (24) einen Impulsbreitenmodulator umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Mittel (18) zum Vergleichen und das Mittel (18) zum Bestimmen einen getasteten Komparator (18) umfassen, wobei der Impulsbreitenmodulator an einem Eingangsanschluß das Ausgangssignal (24) des getasteten Komparators (18) empfängt und an dem Ausgang (30) des Impulsbreitenmodulators ein Signal mit variablem Tastverhältnis liefert, dessen Tastverhältnis auf das Ausgangssignal (24) des getasteten Komparators reagiert, wobei der Ausgang (30) des Impulsbreitenmodulators der Sync-Spitzen-Klemmung (40) die variable Referenzspannung (33) zuführt.