-
Die vorliegende Erfindung betrifft die
Videosignalverarbeitung und näherhin die Einstellung des Schwarzwerts eines
Videosignals auf einen Bezugspegel.
-
Fig. 1 zeigt stark schematisch einen Teil eines CVBS
Videosignals. Das Signal umfaßt unterhalb einem als Schwarzwert
bezeichneten Bezugspegel B Zeilensynchronisierimpulse S in
periodischer Aufeinanderfolge. Zwischen zwei Impulsen S
findet sich zunächst ein konstanter Pegel gleich B, sodann
ein Teil des aktiven Signals, welches Zeileninformation
transportiert, und schließlich wiederum einen konstanten
Pegelwert gleich B. Der aktive Teil des Videosignals dauert
jeweils ca. 52 Mikrosekunden, der dem Rest der Periode
entsprechende inaktive Teil ca. 12 Mikrosekunden. Die
Synchronisierimpulse dauern ungefähr 4,7 Mikrosekunden.
-
In den Geräten für den Empfang eines derartigen
Videosignals, wie beispielsweise Fernsehgeräten, sucht man für die
korrekte Auswertung des Videosignals den Schwarzwert B auf
einen vorgegebenen Bezugspegel einzustellen. Dies ist
beispielsweise erforderlich, um die Schwarzwerte mehrerer auf
einen Kanal aufzuschaltender Videosignale auf ein und
denselben Bezugswert einzustellen, oder um aus dem Videosignal
die Synchronisierimpulse S abzuleiten, die als Bezugsgröße
für eine Phasenverriegelungsschleife (PLL, phase-locked
loop) dienen. Diese PLL-Schleife dient insbesondere zur
Synchronisierung der Bildschirmabtastung mit den S-Impulsen.
-
Fig. 2 veranschaulicht ein Prinzipschaltbild einer sehr
verbreiteten, als I/8I oder I/7I bezeichneten herkömmlichen
Schaltungsanordnung zur Einstellung des Schwarzwerts eines
Videosignals auf eine Bezugsspannung Vref. Eine derartige
Vorrichtung ist auch in der EP-A-0 064 316 beschrieben. Das
einzustellende Videosignal CVBSi wird an den einen Anschluß
eines Kondensators C angelegt. Der zweite Anschluß A der
Kapazität C ist über eine Stromquelle I mit einem niedrigen
Potential, beispielsweise mit Masse, und über eine durch
einen Unterbrecherschalter K gesteuerte Stromquelle 8I mit
einem hohen Potential Vcc verbunden. Der Anschluß A ist
ferner auch mit dem invertierenden Eingang eines Komparators
10 verbunden, dessen nicht-invertierender Eingang eine
Bezugsspannung Vref zugeführt erhält. Der Komparator 10
steuert den Unterbrecherschalter K. Das eingestellte Videosignal
CVBSo wird an dem Anschluß A abgenommen.
-
Wenn das Signal CVBSo die Bezugsspannung Vref übersteigt,
ist der Unterbrecherschalter K geöffnet, und der Kondensator
C wird durch einen konstanten Strom I entladen. Liegt das
Signal CVBSo unterhalb der Spannung Vref, ist der Schalter K
geschlossen, und die Kapazität C wird mit einem konstanten
Strom 7I aufgeladen. Die Bezeichnungen 'laden' und
'entladen' werden hier zur Anzeige verwendet, daß man das
Potential des Anschlusses A in Richtung auf das hohe Potential
Vcc bzw. in Richtung auf Masse zieht, was nicht
notwendigerweise tatsächlichen Ladungen oder Entladungen der Kapazität
C entsprechen muß.
-
Mit dieser Konfiguration tendiert das Signal CVBSo in
Richtung auf einen Gleichgewichtszustand, in welchem die Dauer
seines oberhalb Vref liegenden Teils, nachfolgend 'positiver
Perioden- oder Wellenteil' genannt, siebenmal größer als die
Dauer seines unterhalb Vref liegenden Teils, nachfolgend als
'negativer Perioden- bzw. Wellenteil' bezeichnet, ist. Mit
anderen Worten: Das Verhältnis der Dauern der positiven und
negativen Perioden- bzw. Wellenteile des Signals CVBSo ist
bestrebt, den Wert des Verhältnisses der Lade- und
Entladeströme anzunehmen.
-
Betrachtet man wieder Fig. 1, und nimmt man an, daß der
Schwarzwert B geringfügig unterhalb Vref liegt, so weist das
Signal positive Perioden- bzw. Wellenteile von 52
Mikrosekunden und negative Perioden- bzw. Wellenformteile von
12 Mikrosekunden auf. Das Verhältnis dieser Zeitdauern ist
4,3. Nimmt man nun an, daß der Schwarzwert B geringfügig
über der Spannung Vref liegt, so weist das Signal positive
Perioden- bzw. Wellenformteile von 59,3 Mikrosekunden und
negative Perioden- bzw. Wellenformteile von 4,7
Mikrosekunden auf. Das Verhältnis der Zeitdauern beträgt nunmehr 12,6.
Man stellt fest, daß, wenn der Schwarzwert B um den Bezugswert
Vref herum variiert, das Verhältnis der Zeitdauern sich
schlagartig von 4,3 auf 12,6 ändert.
-
Wählt man einen beliebigen Wert im Bereich zwischen 4,3 und
12,6 für das Verhältnis zwischen dem Lade- und dem
Entladestrom der Kapazität C (im beschriebenen Beispiel hat das
Verhältnis den Wert 7), so wird der Schwarzwert B stets
schließlich auf die Spannung Vref eingeregelt bzw.
eingestellt.
-
Fig. 3 zeigt die Wirkungsweise der Anordnung von Fig. 2 in
genauerer Weise. Zur Vereinfachung der Erläuterungen zeigt
Fig. 3 ein einzustellendes Signal CVBSi, das einen aktiven
Teil mit konstantem Niveau aufweist. Das entsprechende
eingestellte Signal CVBSo ist im stationären Betrieb
wieder
gegeben. Die einzelnen positiven Perioden- bzw.
Wellenformteile des Signals CVBSo weisen jeweils in bezug auf den
entsprechenden Teil des Signals CVBSi eine negative Steigung
auf. Diese Neigung entspricht der Entladung der Kapazität C
durch einen Strom I (der Unterbrecherschalter K ist
geöffnet). Die einzelnen negativen Perioden- bzw. Wellenformteile
des Signals CVBSo hingegen weisen jeweils eine positive
Steigung auf, die siebenfach größer als die der positiven
Periodenteile ist. Diese Steigung entspricht der Ladung des
Kondensators C mit einem Strom 7I (der Schalter K ist
geschlossen).
-
Die einzelnen negativen Perioden- bzw. Wellenteile enden
jeweils vor dem Beginn des nächstfolgenden aktiven Teils,
dauern jedoch länger als ein Synchronimpuls S. Während dem
Übergangsinterval oszilliert das Signal CVBSo um den Wert
Vref. Somit ist, wenn man die Werte der Neigungen bzw.
Steigungen als gering annehmen kann, der Schwarzwert des Signals
CVBSo auf den Betrag Vref eingestellt.
-
Würde man für das Verhältnis der Lade- und Entladeströme
einen Wert unter 4,3 wählen, so würde im Falle der Fig. 3
der hohe Wert des aktiven Teils des Signals CVBSo auf den
Wert Vref eingestellt. Im entgegengesetzten Extremfall, d.
h. wenn das Verhältnis der Ströme größer als 12,6 gewählt
würde, würden jeweils die Unterseiten bzw. der Boden der
Synchronimpulse auf den Wert Vref eingestellt.
-
Wie in der Zeichnung übertrieben dargestellt, weist das
eingestellte Signal CVBSo geneigte Teile auf, an Stellen, wo
diese Teile horizontal sein sollten. In der Praxis wählt man
den Betrag der Kapazität C und den Strom I so, daß der
maximale Fehler in der Größenordnung von 10 mV beträgt, für eine
maximale Amplitude von 700 mV des aktiven Teils des Signals.
Diese Parameterwahl ergibt sich als ein Kompromiß zwischen
der Raschheit der Signaleinstellung und dem tolerierbaren
Fehler.
-
Fig. 4 gibt einen Teil des einzustellenden Videosignals
CVBSi wieder, der einem (Einzel-)Bildrücklauf Fr entspricht.
Das entsprechende eingestellte Signal CVBSo ist ebenfalls
dargestellt. In der Nachbarschaft eines Bildrücklaufs weist
ein Videosignal einen aktiven Teil mit der Amplitude Null
auf. Der Bildrücklauf umfaßt Impulse, welche mit einer
Frequenz entsprechend dem Doppelten der Frequenz der Impulse S
aufeinanderfolgen. Im Mittelteil des Bildrücklaufs, der
einer Folge von Bildsynchronimpulsen Sf entspricht,
verbreitern sich die Impulse, derart daß das Tastverhältnis
bzw. der Arbeitszyklus des Signals einen Wert nahe 0 erhält,
während das Tastverhältnis anderwärts nahe 1 liegt.
-
Wie durch den Verlauf des eingestellten Signals CVBSo
wiedergegeben, stört die Verdoppelung der Frequenz zu Beginn
des Bildrücklaufs die Einstellung des Schwarzwerts nicht
(das Verhältnis der Lade- und Entladeströme ist dem nahe 1
liegenden Tastverhältnis des Signals angepaßt). Hingegen ist
während der Impulsfolge Sf das Verhältnis der Lade- und
Entladeströme nicht mehr dem nahe 0 liegenden Tastverhältnis
des Signals angepaßt. Das Signal CVBSo verschiebt sich
fortschreitend nach oben, so lange, bis sein Mindestwert auf die
Spannung Vref eingestellt ist. Am Ende der Impulsfolge Sf
ist das Verhältnis der Lade- und Entladeströme wiederum dem
Tastverhältnis des Signals angepaßt, das sich fortschreitend
nach unten verschiebt, um wieder seinen anfänglichen Zustand
einzunehmen. Jedoch erfolgt die Wiedererreichung des
Anfangszustandes besonders langsam und dauert mehrere Zeilen
nach dem Bildrücklauf. Die Synchronimpulse der ersten Zeilen
des (Einzel-)Bilds sind zu stark nach oben versetzt, als daß
sie nachweisbar wären.
-
Ein Nachteil dieser Versetzung besteht darin, daß die
Auslösung der durch die Synchronimpulse eingestellten
phasenverriegelten Schleife mit einer gewissen Verzögerung
erfolgt. Dieser Nachteil ist besonders schwerwiegend, wenn das
Videosignal von einem Magnetbandrecorder geliefert wird, da
die Synchronimpulse dann nicht in vollständig periodischer
Weise aufeinanderfolgen und weil die phasenverriegelte
Schleife (PLL) dann möglichst schnell reagieren muß, um sich
wieder auf die Synchronimpulse einzustellen, was mit einem
verzögerten Anlauf der Phasenverriegelungsschleife (PLL)
nicht vereinbar ist. Dies hat eine sichtbare Verzerrung des
Beginns des auf dem Bildschirm wiedergegebenen Bildes zur
Folge. Im Fall eines standardisierten Videosignals ist
dieser Nachteil weniger schwerwiegend, da die Synchronimpulse
in Phase mit der Ruhefrequenz der
Phasenverriegelungsschleife PLL sind.
-
Ein anderer Nachteil dieser Versetzung besteht darin, daß
die Informationen der ersten Zeilen nicht verwertbar sind.
Im allgemeinen tragen die ersten Zeilen keine
Bildinformation, jedoch können sie Teletextinformationen tragen, denen
die Gefahr der Verstümmelung droht.
-
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer
Anordnung zum Einstellen des Schwarzwerts eines Videosignals
vom Typ I/8I, welche nur eine verringerte oder gar keine
Versetzung des Videosignals während der Bildrückläufe
bewirkt.
-
Zur Erreichung dieses Ziels sieht die Erfindung eine
Verringerung des Verhältnisses der Lade- und Entladeströme in
der Nachbarschaft einer Folge von Bildsynchronimpulsen vor.
-
Die vorliegende Erfindung sieht näherhin vor eine Anordnung
zur Einstellung eines Videosignals derart, daß sein
Schwarz
Wert mit einem vorgegebenen Bezugspegel zusammenfällt, die
Anordnung umfassend eine Kapazität bzw. einen Kondensator,
der an einem ersten Anschluß das Videosignal zugeführt
erhält und an seinem zweiten Anschluß das eingestellte
Videosignal abgibt, sowie Mittel zum Entladen des Kondensators
mit einem konstanten Strom, wenn das eingestellte
Videosignal den Bezugspegel übersteigt, und zum Laden des
Kondensators mit einem konstanten Strom, wenn das eingestellte
Videosignal unterhalb dem Bezugspegel liegt, wobei das
Verhältnis der Lade- und Entladeströme im Bereich zwischen 4,3
und 12,6 liegt. Gemäß der Erfindung weist die Anordnung
Mittel auf, um das genannte Verhältnis von Strömen
wenigstens während eines Teils einer Bildsynchron-Impulsfolge
signifikant zu verringern.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
vorgesehen, daß die genannten Mittel das Stromverhältnis
während einer Bildsynchron-Impulsfolge kleiner als 1/13
machen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
vorgesehen, daß die Anordnung eine Ladestromquelle, welche
den zweiten Anschluß des Kondensators mit einem hohen
Potential verbindet, sowie eine Entladestromquelle aufweist,
welche den zweiten Anschluß des Kondensators mit einem
niedrigen Potential verbindet, wobei die Ladestromquelle
durch einen Komparator gesteuert wird, dem das am zweiten
Anschluß des Kondensators anliegende Signal und eine
Bezugsspannung zugeführt wird.
-
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist
vorgesehen, daß die Anordnung eine parallel zur
Entladestromquelle angeschlossene zusätzliche Stromquelle aufweist,
die durch ein während einer Bildsynchron-Impulsfolge aktives
Signal gesteuert wird, wobei der Strom dieser zusätzlichen
Stromquelle einen dem von der Ladestromquelle gelieferten
Strom benachbarten Wert besitzt.
-
Diese und weitere Ziele, Eigenschaften, Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden
Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele anhand der
beigefügten Zeichnungsfiguren im einzelnen erläutert; in der
Zeichnung zeigen:
-
Fig. 1 (zuvor bereits beschrieben) einen Teil eines
Videosignals,
-
Fig. 2 eine herkömmliche, als I/8I bezeichnete
Anordnung, welche die Einstellung des Schwarzwerts eines
Videosignals auf eine Bezugsspannung gestattet,
-
Fig. 3 Eingangs- und Ausgangs-Videosignale der
Anordnung von Fig. 2,
-
Fig. 4 Eingangs- und Ausgangs-Videosignale der
Schaltung von Fig. 2 bei einem Bildrücklauf,
-
Fig. 5 eine Ausführungsform einer Anordnung zur
Einstellung des Schwarzwerts eines Videosignals gemäß der
vorliegenden Erfindung, sowie
Fig. 6 eine detaillierte Ausführung der Anordnung
nach Fig. 5.
-
In Fig. 5 sind identische Elemente wie in Fig. 2 mit
denselben Bezugsziffern bezeichnet.
-
Die vorliegende Erfindung sieht, zur Verringerung bzw.
Unterdrückung der während eines Bildrücklaufs auftretenden
Versetzung des Videosignals, eine nennenswerte Herabsetzung
des Verhältnisses der Lade- und Entladeströme des
Kondensators C während der Impulsfolgen Sf der Bildsynchronisation
vor. Hierfür wird im Idealfall das Verhältnis der Lade- und
Entladeströme während einer Impulsfolge Sf kleiner als das
Verhältnis der Dauern der hohen und der niedrigen Pegel der
Impulsfolge gewählt. Im speziellen Fall hat dieses
Verhältnis der Dauern einen Wert in der Größenordnung von 1/13.
-
In diesem Fall wird während einer Bildsynchron-Impulsfolge
das Videosignal weiterhin so eingestellt, daß das hohe
Niveau dieser Impulsfolge, das dem Schwarzwert entspricht, mit
dem Wert Vref zusammenfällt.
-
Eine Wahl des Verhältnisses der Lade- und Entladeströme auf
einen Wert nicht unterhalb von 1/13, sondern beispielsweise
im Bereich zwischen 1/13 und 1/7, hätte eine Versetzung des
Videosignals nach oben zur Folge, aber in vernachlässigbarer
Weise. In diesem Fall wird die Verringerung des
Verhältnisses der Ströme vorzugsweise über die Impulsfolge Sf
hinaus aufrechterhalten, was die Rückkehr des Signals in seinen
Anfangszustand beschleunigt.
-
Selbstverständlich kann die Verringerung des
Stromverhältnisses während der gesamten Dauer des Bildrücklaufs Fr
stattfinden, oder auch nur über einen Teil der Impulsfolge
Sf hin.
-
Bei der in Fig. 5 wiedergegebenen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung liegt eine Stromquelle 6,5I parallel
über der Stromquelle I. Die Stromquelle 6,5I wird mittels
eines Schalters K2 eingeschaltet, der durch ein Signal Fs
gesteuert wird, das während der Bildsynchron-Impulsfolgen Sf
aktiv ist.
-
Mit einer derartigen Schaltungskonfiguration arbeitet die
Anordnung außerhalb der Impulsfolgen Sf, wie die
herkömmliche Anordnung nach Fig. 2. Während einer Impulsfolge Sf
wird der Ladestrom der Kapazität C 8I-7,5I = I/2, und der
Entladestrom 7,5I. Das Verhältnis des Lade- und
Entladestroms beträgt somit 1/15.
-
Das Steuersignal für den Schalter K2 kann auf vielfache, für
den Fachmann erkennbare Weise erhalten werden.
Beispielsweise kann man einen Zähler vorsehen, wie dies
herkömmlicherweise zur Erzeugung eines Lösch- bzw. Austastsignals
während der Dauer eines Bildrücklaufs vorgesehen wird; der
Zähler zählt eine geeignete Anzahl von Synchronimpulsen,
während ein den Schalter K2 steuernder Ausgang sich im
inaktiven Zustand befindet, sodann zählt der Zähler die
Impulse der Bildsynchron-Impulsfolge, wobei nunmehr die
Ausgangsgröße sich im aktiven Zustand befindet. Man kann auch
eine monostabile Kippschaltung vorsehen, die jeweils bei
jedem Synchronimpuls initialisiert wird und in einen aktiven
Zustand übergeht, wenn die Breite des Synchronimpulses
beispielsweise 5 Mikrosekunden übersteigt.
-
Fig. 6 veranschaulicht eine detaillierte Ausführung der
Schaltung aus Fig. 5. Der Komparator 10 weist eine
Differenzstufe mit PNP-Transistoren Q1 und Q2 auf, welche eine
Differenzstufe mit NPN-Transistoren Q3 und Q4 steuert. Die
Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2 werden über
entsprechende Widerstände R1 geladen, und die Stufe Q1/Q2 ist
durch eine Stromquelle 11 vorgespannt. Die Stufe Q3/Q4
spielt die Rolle des Schalters K. Der Kollektor des
Transistors Q3 ist mit dem Eingang eines Stromspiegels 20
verbunden, der einen Verstärkungskoeffizienten 16 besitzt. Der
Ausgang dieses Stromspiegels ist mit dem Anschluß A des
Kondensators C verbunden. Dieser Anschluß A ist über einen
NPN-Transistor Q5 mit Masse verbunden, die Emitter der
Transistoren Q3 und Q4 liegen über einen Transistor Q6 an Masse.
-
Die Transistoren Q5 und Q6 bilden zwei Ausgangstransistoren
eines Stromspiegels, dessen Eingangstransistor ein als Diode
mit Masse verbundener NPN-Transistor Q7 ist. Eine
Stromquelle liefert einen Strom I/2 an den Kollektor des
Transistors Q7. Der Transistor Q6 hat die gleiche
Emitteroberfläche wie der Transistor Q7. Der Transistor Q5 hat eine
doppelte Emitteroberfläche. Somit erhält man einen Strom I/2
im Kollektor des Transistors Q6 und einen Strom I im
Kollektor des Transistors Q5, der permanent vom Anschluß A gezogen
wird.
-
In einem ersten, in der Zeichnung dargestellten Zustand des
Komparators 10 fließt der gesamte Kollektorstrom des
Transistors Q6 in den Transistor Q3. Man erhält am Eingang des
Stromspiegels 20 einen Strom I/2, der mit 16 multipliziert
wird, bevor er über den Ausgang des Stromspiegels 20 an den
Anschluß A gelegt wird. Die Kapazität C wird geladen.
-
In einem zweiten Zustand des Komparators 10 fließt der
gesamte Kollektorstrom des Transistors Q6 in den Transistor
Q4. Nunmehr liefert der Stromspiegel 20 keinerlei Strom an
den Anschluß A. Die Kapazität C wird entladen.
-
Erfindungsgemäß ist ein Transistor Q8 mit einer 13-fach
größeren Emitteroberfläche als die Transistoren Q6 und Q7
vorgesehen, der parallel zu dem Transistor Q5 liegt. Die
Basis des Transistors Q8 ist mit der Basis des Transistors
Q5 über einen MOS-Transistor verbunden, der die Rolle des
Schalters K2 spielt. Das Gate des MOS-Transistors K2 wird
durch das Signal Fs gesteuert, das während der Bildsynchron-
Impulsfolge aktiv ist. Sobald der Transistor K2 durch das
Signal Fs leitend gemacht wird, wird der Transistor Q8 zu
einem dritten Ausgangstransistor des Spiegels Q5/Q6/Q7, und
sein Kollektorstrom wird gleich 13I/2, d. h. 6,5I.
-
Für den Fachmann sind zahlreiche Abwandlungen und
Modifikationen der vorliegenden Erfindung ersichtlich,
insbesondere hinsichtlich der verschiedenen Möglichkeiten zur
Verringerung des Verhältnisses der Lade- und Entladeströme der
Kapazität C während der Bildsynchron-Impulsfolgen. Die
dargestellten Beispiele (Ladestromquelle parallel zur
Entladestromquelle I) haben den Vorteil besonderer Einfachheit.