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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Anzeigesteuereinrichtung, zum Beispiel für Anzeigeanordnungen für
Personalcomputer wie etwa Anzeigeanordnungen mit Katodenstrahlröhren
und Flüssigkristallanzeigeanordnungen.
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Die Farbanzeige bei einer Computeranzeigeanordnung basiert auf
einem additiven Mischprozeß von drei Primärfarben rot, blau und
grün (bezeichnet als RGB). Durch individuelle Einstellung der
Leuchtdichte jeder der drei Farbkomponenten RGB ist es im
Prinzip möglich, alle Farben darzustellen, die in ein Dreieck
fallen, das durch Verbindung der drei Punkte der RGB-Primärfarben
in einer Farbtafel gebildet wird. Deshalb kann die Anzeige
eines schwarzen Bildes auf der Anzeigeanordnung durch passende
Einstellung der Lichtstärke jeder der drei RGB-Komponenten für
jedes Bildelement auf dem Schirm, das schwarz sein soll,
ermöglicht werden.
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Die Schnittstelle zwischen einer Anzeigeanordnung eines
Personalcomputers und deren Steuereinheit ist üblicherweise so
konfiguriert, wie es in Fig. 1 gezeigt wird, wobei eine
Anzeigesteuereinrichtung 2, in die anzuzeigende Videodaten
eingegeben werden und die sich innerhalb eines Personalcomputers 1
befindet, mit einer Anzeigeanordnung 3, wie etwa einer
Anzeigeanordnung mit Katodenstrahlröhre oder einer
Flüssigkristallanzeigeanordnung, durch fünf Leitungen verbunden ist: drei RGB-
Signalleitungen, eine für rot (R), eine für grün (G) und eine
für blau (B), und vertikale (V) und horizontale (H)
Synchronisations- (Sync-) Signalleitungen.
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Im allgemeinen werden für analoge RGB-Prozesse drei
RGB-Analogsignale mit einer Amplitude von 0 V bis 0,7 V von der
Steuereinheit zu der Anzeigeanordnung über die
RGB-Farbsignalleitungen übertragen. Für jedes der RGB-Analogsignale
entspricht 0 V schwarz und 0,7 V weiß, und die Farbstärke jeder
der Primär-RGB-Farben wird einzeln innerhalb des Bereiches von
0 V bis 0,7 V gemäß der jeweilig anzuzeigenden Farbe
eingestellt. In einer Anzeigeanordnung mit Katodenstrahlröhre wird
zum Beispiel jedes RGB-Signal, das der Katodenstrahlröre
zugeführt bereitgestellt wird, proportional verstärkt, um ein
Signal in einem Spannungsbereich von einem
Schwarzpegelpotential bis zu einem weißpegelpotential bereitzustellen, und an die
Katode der Röhre angelegt.
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Katodenstrahlrohr- und andere Anzeigeanordnungen haben
grundsätzlich eine manuelle Steuereinrichtung zur
Helligkeitseinstellung, die es dem Nutzer erlaubt, die Helligkeit des
Bildschirmes zu ändern. Um den Bildschirm einer Katodenstrahlröhre
heller einzustellen, zum Beispiel durch Bewegung der manuellen
Steuereinheit, wird das gesamte Farbsignal, das innerhalb der
Anzeigeanordnung verstärkt wurde, vom Schwarzpegelsignal in
Richtung Weißpegelsignal verschoben, und die an die Katode der
Röhre angelegte Spannung wird verstärkt; somit wurde der
gesamte Schirm heller gemacht. In diesem Fall allerdings
verschiebt sich ein Signal, das sich auf Schwarzpegelpotential zur
Anzeige eines schwarzen Bildes auf dem Schirm befinden sollte,
ebenfalls in Richtung Weißpegelpotential. Folglich werden die
drei RGB-Bildelemente für den Bereich des Bildschirmes, auf dem
schwarz angezeigt werden soll, etwas heller, und somit wird der
Bereich, der schwarz bleiben soll, heller.
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Dies ist oft unerwünscht. In Multimediaanzeigeanordnungen
werden zum Beispiel klarere Farbbilder benötigt, und besonders
schwarz spielt bei der klareren Anzeine chromatischer Farben
auf dem Schirm eine bedeutende Rolle. Deshalb ist es zur
Anzeige klarerer Farbbilder notwendig, schwarz selbst
festgelegt zu haben, d.h. sicherzustellen, daß schwarze Bilder
innerhalb eines Bereiches angezeigt werden, in dem sie auf der
Anzeigeanordnung angezeigt werden müssen.
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Das IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, Band 27, Nr. 7b,
12/1984, New York, US, Seite 4346 bis 4348 beschreibt eine Technik
zur Helligkeits- und Kontraststeuerung, bei der der
Schwarzpegel zur Sicherung eines festen Schwarzpegels, unabhängig von
der Anderung von Kontrast und Helligkeit, begrenzt wurde. Wenn
alle Eingangsvideobits auf aus stehen (= "Schwarz"-Signal),
wird eine vorher festgelegte Schwarzpegelspannung direkt über
einen nichtinvertierenden Videoverstärker an die Katode der
Röhre angelegt. Jedoch ist diese Steuereinheit nicht
vollständig kompatibel mit konventionellen Anzeigeanordnungen.
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Folglich liefert die vorliegende Erfindung eine
Anzeigesteuereinheit mit RGB-Farbsignalleitungen und horizontalen und
vertikalen Sync-Signalleitungen, gekennzeichnet durch Mittel, die
bezüglich wenigstens einer der RGB-Farbsignalleitungen
erkennen, ob das Signal auf dieser Leitung einem Schwarzpegel
entspricht, und Mittel zum Hinzufügen eines Signals zu wenigstens
einer der horizontalen und vertikalen Sync-Signalleitungen, das
dem so erkannten Schwarzpegelsignal entspricht.
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Die Erfindung stellt weiterhin die Kombination einer
Anzeigeanordnung und einer Steuereinheit wie oben festgelegt bereit,
wobei die Anzeigeanordnung Mittel zur Gewinnung des oder jedes
Schwarzpegelsignals aus dem Sync-Signal und Mittel zur
Aufrechterhaltung des Schwarzpegelsignals der Anzeigeanordnung auf
einem vorher festgelegten Wert als Antwort auf jeden der so
gewonnenen Schwarzpegelsignale enthält.
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Als Beispiel wird jetzt unter Bezugnahme auf die zugehörigen
Zeichnungen eine Ausführungsform der Erflindung beschrieben:
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Fig. 1 zeigt eine Schnittstelle zwischen einer
Anzeigesteuereinrichtung für Personalcomputer und einer Anzeigeanordnung mit
Katodenstrahlröhre,
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Fig. 2 zeigt die Veränderung des Schwarzpegelpotentials vor und
nach der Helligkeitseinstellung für verstärkte Farbsignale
innerhalb einer konventionellen Anzeigeanordnung mit
Katodenstrahlröhre,
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Fig. 3 zeigt, daß das verstärkte Schwarzpegelpotential für
Farbsignale innerhalb der Anzeigeanerdnung mit
Katodenstrahlröhre gemäß der Ausführungsform der Erfindung vor und nach der
Helligkeitseinstellung unverändert bleibt,
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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Anzeigesteuereinheit der
Katodenstrahlröhre gemäß der vorliegenden Erfindung,
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Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines vertikalen Sync-
Signals, zu dem das Schwarzpegelsignal gemäß der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung addiert wurde,
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Fig. 6 zeigt ein Mittel zur Gewinnung des Schwarzpegelsignals
aus dem vertikalen Sync-Signal an der Anzeigeanordnung mit
Katodenstrahlröhre,
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Fig. 7 zeigt, wie das aus dem vertikalen Sync-Signal an der
Anzeigeanordnung mit Katodenstrahlröhre gewonnene
Schwarzpegelsignal zur Schwarzpegelsteuerung genutzt werden kann,
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Fig. 8 ist eine Umwandlungstabelle, die bei der Erläuterung der
Betriebsweise der Ausführungsform der Erfindung benutzt wird.
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Obwohl die folgende Beschreibung der Ausführungsform der
Erfindung sich auf eine Anzeigeanordnung mit Katodenstrahlröhre
bezieht, ist die vorliegende Erfindung auch auf andere
Anzeigeanordnungen wie etwa Flüssigkristallanzelgeanordnungen
anwendbar.
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Fig. 4 zeigt die Ausgangsstufen einer Anzeigeanordnung eines
Personalcomputers, die jeweils drei RGB-Farbsignale R, G und B
und horizontale und vertikale Sync-Signale H-sync und V-sync
bereitstellen. Die RGB-Primärfarben werden als Vier-bit
Digitalsignale von der Computer-CPU bereitgestellt.
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Jedes digitale Farbsignal wird von einem zugehörigen Vier-bit
Digital-/Analogwandler 5 in ein einzelnes Analogsignal mit
einer Spannung im Bereich von 0 V bis 0,7 V umgewandelt und von
der Steuereinheit über den zugehörigen Puffer 6 ausgegeben. Das
ausgegebene analoge Farbsignal wird an die Anzeigeanordnung mit
Katodenstrahlröhre über ein einzelnes Schnittstellenkabel
gesandt. Die horizontalen und vertikalen Sync-Digitalsignale
werden über die horizontale Sync-Signalleitung 7
beziehungsweise die vertikale Sync-Signalleitung 8 ausgegeben und an die
Anzeigeanordnung mit Katodenstrahlröhre über das
Schnittstellenkabel gesandt. Soweit ist die obige Beschreibung die gleiche
wie für die Konfiguration von konventionellen
Anzeigeanordnungen mit Katodenstrahlröhre.
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Gemäß der Ausführungsform der Erfindung werden für jedes RGB-
Signal die vier Signalleitungen 4, die an den D/A-Wandler 5
angelegt werden, ebenfalls an ein NAND-Gatter 9 angelegt, und
die Ausgangsleitungen des NAND-Gatters 9 werden mit den
Eingängen des D/A-Wandlers 10 zur Umwandlung in ein Analogsignal
verbunden. Der Ausgang de D/A-Wandlers 10 ist mit der
vertikalen Sync-Signalleitung 8 über einen Putter 11 verbunden. Die
Ausgangsleitung von D/A-Wandler 10 kann mit der horizontalen
Sync-Signalleitung 7 anstatt der vertikalen Sync-Signalleitung
verbunden werden. Gleichfalls sind die horizontalen und
vertikalen Sync-Signale mit den jeweiligen Eingängen eines OR-
Gatters 12 verbunden, dessen Ausgang mit dem D/A-Wandler 10
verbunden ist.
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Für eine Schwarzbildanzeige durch eine Anzeigeanordnung mit
Katodenstrahlröhre werden RGB-Digitalfarbsignale eines vorher
festgelegten Bitmusters, das dem Schwarzpegel entspricht, an
die Steuereinheit der CPU geschickt; zum Beispiel können alle
vier Bits eines Vier-bit Digitalfarbsignals "0" oder "1" sein.
Die vorliegende Ausführungsform gewinnt ein Ausgangssignal, das
"Schwarzpegelsignal" genannt wird, das dem vorher festgelegten
Bitmuster für eine Schwarzbildanzeige entspricht. Wenn nun alle
vier Bits "0" sind, gibt das NAND-Gatter 9 "1" aus, was
wiederum als "Schwarzpegelsignal" definiert ist. Wenn allerdings
der Schwarzpegel einem Zustand entspricht, bei dem alle vier
Bits des Digitalfarbsignals 4 "1" sind, würde man ein AND-
Gatter statt eines NAND-Gatters 9 einsetzen, um ein ähnliches
"Schwarzpegelsignal" zu erzeugen. Die Schwarzpegelsignale "1"
von den Ausgängen der drei NAND-Gatter 9 werden an den D/A-
Wandler 10 als Drei-bit Digitalsignal eingegeben.
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Der Drei-bit D/A-Wandler 10 wandelt die drei digitalen
Schwarzpegelsignale in ein einzelnes analoges Signal um, aufbauend zum
Beispiel auf der in Fig. 8 gezeigten Umwandlungstabelle. In
diesem Fall wird dem Schwarzpegelsignal von jedem RGB-Kanal
eine vorher festgelegt Wichtung gegeben, bevor es in ein
analoges Signal umgewandelt wird. Speziell werden in Fig. 8
Schwarzpegelsignale von den R-, G- und B-Kanälen mit 0,4, 0,2
beziehungsweise 0,1 gewichtet. Diese Wichtung wird so
durchgeführt, daß die Anzeigeanordnung mit Katodenstrahlröhre wie
unten beschrieben in der Lage ist festzusellen, ob einer oder
mehrere der RGB-Kanäle das Schwarzpegelsignal bereitstellt,
wenn die Anzeigeanordnung mit Katodenstrahlröhre das
Schwarzpegelsignal von der vertikalen Sync-Signalleitung entkoppelt.
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Das auf der vertikalen Sync-Leitung 8 auszugebende Analogsignal
wird auf einen Signalpegel gelegt, der niedriger als der
Diskriminatorschwellwert des vertikalen Sync-Signals an der
Anzeigeanordnung mit Katodenstrahlröhre ist. Zum Beispiel wird in
Fig. 9 eine Umwandlung so durchgeführt, daß der Pegel geringer
als 0,7 V ist, was einem "0"-Pegel Schwellenwert für die TTL
entspricht, die für die Erkennung des vertikalen Sync-Signals
an der Anzeigeanordnung genutzt wird. Dies verhindert, daß das
Schwarzpegelsignal, das dem vertikalen Sync-Signal hinzuaddiert
wurde, versehentlich als vertikales Sync-Signal, d.h. als ein
"1"-Signal, vom vertikalen Sync-Signaldetektor an der
Anzeigeanordnung erkannt wird. In Fig. 8 werden zur Anzeige eines
Bildes, bei dem alle Farben schwarz sind, das heißt zur Anzeige
eines schwarzen Bildes, drei RGB-Digitalsignale von "1" als ein
Analogsignal von 1 * 0,4 + 1 * 0,2 + 1 * 0,1 = 0,7 V nach der
Wichtung ausgegeben.
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Das Schwarzpegelsignal wird an die vertikale Sync-Signalleitung
8 über einen Puffer 11 angelegt. Fig. 5 zeigt das
Schwarzpegelsignal 16 auf übertriebene Weise, um beim Verständnis zu
helfen, wie das Schwarzpegelsignal 16 hinzugefügt wird.
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Wenn nun die Amplitude des Schwarzpegelsignals dem vertikalen
Sync-Signal unterhalb des vertikalen
Sync-Erkennungsschwellenwertes hinzugefügt wurde, auch wenn die Steuereinheit mit
einer konventionellen Anzeigeanordnung mit Katodenstrahlröhre
verbunden ist, werden die Schwarzpegelsignale, die dem
vertikalen Sync-Signal hinzugefügt wurden, nicht als vertikale Sync-
Signale erkannt. Deshalb kann die Steuereinheit der
vorliegenden Erfindung miß konventionellen Anzeigeanordnungen verbunden
werden, was wiederum Kompatibilität mit konventionellen
Anzeigeanordnungen bewirkt.
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Der Ausgang des OR-Gatters 12 geht auf "1", wenn entweder ein
oder beide horizontalen und vertikalen Sync-Signale auf "1"
sind, und wird genutzt, um den Ausgang von D/A-Wandler 10 auf
"0" zu bringen. Hierzu kommt es, weil die Katodenstrahlröhre
während horizontaler oder vertikaler Synchronisation "schwarz"
anzeigt, und "schwarz" auf der Basis eines horizontalen oder
vertikalen Sync-Signalimpulses an der Anzeigeanordnung
unterschieden werden kann, wodurch die Notwendigkeit zum
absichtlichen Hinzufügen des Schwarzanzeigesignals zu dem vertikalen
Sync-Signalleitungen entfällt. Während vertikaler
Synchronisation, wenn zum Beispiel ein Schwarzpegelsignal von 0,7 V
hinzugefügt wird, würde der Sync-Signaldetektor versehentlich
erkennen, daß der Massepegel des vertikalen Sync-Signals auf
0,7 V gestiegen ist. Dies könnte zu Schwierigkeiten führen, bei
denen das vertikale Sync-Signal nicht genau erkannt wird. Um
dies zu vermeiden, wird der Ausgang des D/A-Wandlers 10 während
der Synchronisation auf "0" gebracht.
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Fig. 6 zeigt eine Schaltung bei einer Anzeigeanordnung mit
Katodenstrahlröhre zum Empfang des vertikalen Sync-Signals, zu
dem das Schwarzpegelsignal von RGB-Kanälen hinzugefügt wird.
Die vertikale Sync-Signalleitung 8 ist mit einem Integrator 23
über einen Puffer 22 und ebenfalls mit einem Decoder 20 über
einen Verstärker 21 verbunden.
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Der Integrator 23 trennt das vertikale Sync-Signal von der
vertikalen Sync-Signalleitung 8 und sendet es an die vertikale
Ablenkstufe der Katodenstrahlröhre. Der Decoder 20 trennt
andererseits das (die) Schwarzpegelsignal(e) von der Leitung 8. Das
so getrennte und vom Decoder 20 ausgegebene Signal enthält
nicht nur ein "gesamtes Schwarzpegelsignal", bei dem alle drei
RGB-Kanäle einen Schwarzpegel aufweisen, sondern auch
individuelle Schwarzpegelsignale für die jeweiligen RGB-Kanäle, die auf
der Basis der in Fig. 8 gezeigten Tabelle bestimmt werden. Wenn
zum Beispiel der Wert des Schwarzpegelsignals, der dem
vertikalen Sync-Signal hinzugefügt wird, 0,3 V beträgt, gibt der
Decoder somit basierend auf Fig. 8 ein Schwarzpegelsignal von "1"
für jeden der G- und B-Kanäle und Schwarzpegelwerte von "0" für
den R-Kanal aus.
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Die Nutzung der Schwarzpegelsignalausgabe von dem Decoder wird
nun unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben. Fig. 7 zeigt den
Fall für das Schwarzpegelsignal des R-Kanals, jedoch läßt sich
das Gleiche für die G- und B-Kanäle anwenden.
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Das Schwarzpegelsignal 40 des R-Kanals von dem Decoder 20 wird
an den Eingang eines Helligkeitssteuerschaltung 43 angelegt,
nachdem es verstärkt wurde. Das Signal wird genutzt, auch wenn
die manuelle Steuerung zur Helligkeitseinstellung hochgedreht
wurde, um ein Schwarzwertpotential des Farbsignals
aufrechtzuerhalten, das verstärkt und an die Katode der Röhre, wie in
Fig. 3 gezeigt, angelegt wird. Somit kann das Potential des
Signalanteils, der ein schwarzes Bild anzeigen sollte, auf
Schwarzpegelpotential gehalten werden. Ein ähnlicher Effekt
kann erzielt werden, indem das verstärkte Schwarzpegelsignal
direkt der R-Signalleitung hinzugefügt wird, die an die Katode
der Röhre angelegt wird.
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Die oben beschriebene Ausführungsform wurde so konfiguriert,
daß die gewichteten Schwarzpegelsignale von jedem RGB-Kanal der
vertikalen Sync-Signalleitung hinzugefügt werden können. Es
kann jedoch ein vereinfachtes Verfahren angewandt werden, das
ein AND-Gatter mit drei Eingängen anstelle eines Drei-bit D/A-
Wandlers 10 nutzt, um nur ein "Gesamtschwarzpegelsignal" oder
alle Kanäle von RGB, die "schwarz" sind, der vertikalen Sync-
Signalleitung 8 hinzuzufügen.
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Somit liefert in der Computeranzelge die Anzeigesteuereinheit
ein neues "Schwarzpegelsignal" an die Anzeigeanordnung. Die
Nutzung dieses Schwarzpegelsignals ermöglicht die Anzeige
klarerer Farbbilder. Bei der Helligkeitseinstellung ist es zum
Beispiel möglich zu verhindern, daß die Bildelemente, die ein
schwarzes Bild anzeigen müssen, hell werden, selbst wenn an der
Helligkeitseinstellung manipuliert wurde. Dies verhindert, daß
der gesamte Schirm weißlich wird, und stellt sicher, daß der
Bereich, der schwarz bleiben soll, schwarz gehalten wird,
wodurch es ermöglicht wird, daß chromatische Farben wie rot und
blau klarer angezeigt werden.