DE955778C - Schaltungsanordnung zur gleichzeitigen Gradationsregelung und Anhebung der hohen Bildfrequenzen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 10. JANUAR 1957

I 7517 Villa/2ia^

Die Erfindung bezieht sich, auf Fernseh- und ähnliche Geräte, in denen Bildsignale übertragen und wiedergegeben werden, und zwar insbesondere auf Einrichtungen zur Korrigierung des Kontrastgradienten (oder Gamma) und gleichzeitigen Verstärkungsanhebung für die hohen Frequenzen solcher Bildsignale.

Im allgemeinen werden drei Eigenschaften von den wiedergegebenen Bildern gefordert: Helligkeit, Kontrast und bildgetreue Wiedergabe. Der Kontrastbereich eines wiedergegebenen Bildes ist der Helligkeitsbereich zwischen dem dunkelsten und dem hellsten Teil des Bildes. Die Empfindlichkeitscharakteristik des Auges ist logarithmisch, und der Kontrastbereich wird gewöhnlich durch das Helligkeitsverhältnis zwischen dem hellsten und dunkelsten Teil ausgedrückt. Der Ausdruck »Kontrast« wird auch für den Grad der Verschiedenheit zwischen den verschiedenen Bildtönen eines Bildes benutzt. Die Bildwiedergabe ist gewöhnlich besonders bei den hohen Frequenzen verzerrt, und zwar infolge der höheren Verluste, die bei diesen hohen Frequenzen in bestimmten Teilen der Übertragungseinrichtung auftreten.

Wenn bei Fernseh- oder ähnlichen Geräten die Helligkeit aller Teile des wiedergegebenen Bildes genau den entsprechenden Teilen des Originals gleichkommt, so erhält man einen direkten unverfälschten Kontrast.

Dies ist jedoch sowohl beim Fernsehen als auch bei irgendeinem anderen Wiedergabesystem nicht immer möglich. Darüber hinaus ist es auch nicht

immer nötig, wie es z. B. von der Photographie her bekannt ist. Gewöhnlich ist die durchschnittliche Helligkeit eines wiedergegebenen Bildes sehr verschieden von derjenigen der Originalszene. Trotzdem kann man noch ausgezeichnete Bilder erhalten. Im allgemeinen ist ein Kontrastbereich von 30 oder 50 zu ι angemessen, und innerhalb dieses Bereiches sollte die Helligkeit der verschiedenen Teile des wiedergegebenen Bildes annähernd proportional der Helligkeit der entsprechenden Teile der Originalszene sein.

Der Ausdruck Gamma stammt aus der Photographie und dient zur Definition der Steilheit der Kurve der Dichtecharakteristik, bezogen auf den Logarithmus der Belichtung. Das gesamte Gamma eines Wiedergabesystems kann auch als der Anstieg eines geradlinigen Teiles der Charakteristik des Logarithmus der Bildhelligkeit in Abhängigkeit von dem Logarithmus der Objekthelligkeit definiert werden. Diese Definition ist beim Fernsehen brauchbar, wenn man sie auf die Helligkeitsschwankungen des wiedergegebenen Bildes in bezug auf die Originalszene anwendet.

Nun weisen die Kennlinien tatsächlich jedoch in verschiedenen Teilen eines Fernsehsystems oft Krümmungen auf und besitzen keinen genau geradlinigen Teil, auf den man den Ausdruck Gamma streng anwenden könnte. Aus diesem Grunde wird bisweilen der Ausdruck »Kontrastgradietit« benutzt. Jedoch ist auch der Ausdruck Gamma in seiner allgemeinen Bedeutung beim Fernsehen geläufig.

Bei Fernseh- oder ähnlichen Systemen ist es selbst bei den einfachsten Typen der Bildsignalquellen erforderlich, das Gamma zu korrigieren. Während viele Komponenten in einem Fernsehsystem linear oder annähernd linear sind, sind bestimmte Komponenten häufig nicht linear, insbesondere trifft dies bezüglich der Aufnahmeröhre ■40 und der Wiedergaberöhre zu. Einige Übertragungseinrichtungen — z. B. ein Strahlabtaster beim Fernsehen — besitzen Bildquellen mit weitgehend linearer Charakteristik, aber die Kennlinie der Bildüberwachungs- oder Wiedergaberöhre ist gewohnlich nicht linear. Dies beruht in erster Linie auf der Nichtlinearität der hohen Werte der Lichthelligkeit in Abhängigkeit von der Gittersteuercharakteristik derKaÄodmstr&Merzeaigungseinrichtung. Weiterhin ist es zur Erzielung einer guten Bildwiedergabe in einem Strahlabtaster bei Fernseh- oder ähnlichen Systemen erforderlich, die hohen Frequenzen in dem Videoverstärker zu überhöhen, um den Verlust, der durch den Abfall der Phosphorlichtkennlinie des Aufnahmesystems verursacht wird, zu kompensieren.

Es ist nun eine Anordnung zur Gradationsentzerrung und zur Nachleuchtkorrektur in Filmabtastern bekannt, die einen Elektronenvervielfacher mit einem nachgeschalteten, mehrstufigen Verstärker enthält. In den ersten beiden Stufen des Verstärkers, dessen Frequenz weitgehend linear ist, sind Kompensationsglieder zur Nachleuchtkompensation vorgesehen. Die Gradationsentzerrung wird für den gesamten Bereich durch Parallelschaltung mehrerer Röhren mit verschieden steilen Kennlinien erreicht, wodurch sich eine stark gekrümmte Gesamtkennlinie ergibt.

Es ist weiterhin bekannt, die Gradationsentzerrung mit Hilfe einer nicht linearen Stufe vorzunehmen. Die Stufe enthält einen Kathodenverstärker, dessen Kathodenwiderstand sich aus zwei parallelen Spannungsteilern, und zwar einem linearen und einem nicht linearen Spannungsteiler, zusammensetzt. An beiden Spannungsteilern werden Spannungen abgegriffen und getrennt weiterverstärkt. Durch geeignete Kombination der beiden Spannungen läßt sich jeder beliebige Exponent (Gamma) zwischen 0,4 und 1 einstellen. Außerdem ist eine Schaltung bekannt, die im Kathodenkreis eines Kathodenfolgers einen linearen und mehrere nicht lineare Zweige enthält, so daß sich ebenfalls eine stark gekrümmte Kennlinie für eine Gradationsentzerrung ergibt.

Es hat sich gezeigt, daß eine Gammakorrektion nur in den Bereichen notwendig ist, in denen das menschliche Auge diese Korrektion noch wahrnehmen kann. Dies ist jedoch bei Bildfrequenzen von etwa 6 MHz nicht mehr der Fall.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen einfachen Kreis zu schaffen, der einen doppelten Zweck go erfüllt: Erzeugung einer Emphasis der hohen Frequenzen und eine Gammakorrektion, die wegen der Bildverzerrungen infolge der Nichtlinearitäten verschiedener Systemkomponenten erforderlich ist.

Demgemäß wird eine Schaltungsanordnung zur gleichzeitigen Gradationsregelung und Anhebung der hohen Bildfrequenzen vorgeschlagen, bei der gemäß der Erfindung der in Reihe mit dem bei einem vorbestimmten Stromwert betriebenen nicht linearen Schaltglied liegende und mit diesem einen amplitudenabhängigen Spannungsteiler bildende Widerstand ganz oder teilweise durch eine vorzugsweise regelbare Kapazität überbrückt ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert.

Fig. ι ist ein Schaltbild gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt eine Kurve, die das Verhältnis Helligkeit zur Gitterspannung einer typischen Wiedergabe-Kathodenstrahlröhre veranschaulicht;

Fig. 3 zeigt die Kennlinie, die die Anordnung gemäß Fig. ι haben muß, um eine Gammakorrektion der typischen Empfängerkennlinie gemäß Fig. 2 zu erreichen;

Fig. 4 zeigt eine typische Kurve des Frequenzganges des Kreises gemäß Fig. 1;

Fig. 5 ist ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles entsprechend dem Kreis von Fig. i.

In Fig. ι ist das Ersatzschaltbild eines erfindungsgemäßen Teiles dargestellt. Bei der Arbeitsweise dieses zwei Zwecken dienenden (im nachstehenden noch genauer beschriebenen) Gammakorrektur- und Frequenzgangkompensationskreises ist von der subjektiven Tatsache Gebrauch gemacht, daß es nicht nötig ist, eine Gammakorrektion der

kleinsten Einzelheiten des Bildsignals vorzunehmen, die in den Frequenzen der Größenordnung von 6 MHz und mehr des Bildsignals liegen und bei denen von demselben Kreis eine Emphasis vorgenommen werden muß. Auf diese Weise ist ein einfacher, einem doppelten Zweck dienender Kreis geschaffen, der die subjektive Eigenschaft des menschlichen Auges benutzt, daß von diesem bei kleinsten Einzelheiten das Fehlen einer Gammakorrektion nicht wahrgenommen wird.

Der erfindungsgemäße Kreis führt daher eine Gammakorrektion in den Bereichen durch, in denen das menschliche Auge das Fehlen einer Gammakorrektion erkennen kann, und kompensiert in vorbestimmter Weise den Amplitudenabfall bei den hohen Frequenzen, welche den feinsten Einzelheiten des Bildsignals entsprechen. Das Zunutzemachen der obenerwähnten Eigenschaft erlaubt die Benutzung eines einfachen Kreises und bewirkt eine Verminderung an Signalverlusten, die bisher bei getrennten Gammakorrektions- und Frequenzgangkompensationskreisen auftraten, da ein Signalverlust nach dem erfindungsgemäßen Kreis nur in dem Gammakorrektionsteil des dem doppelten Zweck dienenden Kreises auftreten kann.

Der Kreis enthält gemäß der Erfindung eine nicht lineare Anordnung 1, eine Bezugsspannungsquelle 2, eine Bildsignalquelle 3, einen Gammakorrektionssteuerwiderstand 4 und eine kleine veränderbare Kapazität 5, die parallel zu dem Widerstand 4 angeordnet ist, so daß auf diese Weise eine Anordnung zur Frequenzgangkompensation bei den hohen Frequenzen geschaffen ist, zugleich mit der Erzielung einer Gammakorrektion bei den niedrigen und mittleren Frequenzen.

Die Kombination der Anordnung 1 mit Widerstand 4 und Spannungsquelle 2 schafft ein Mittel zur Erzielung einer Gammakorrektionscharakteristik, wie sie im wesentlichen in Fig. 3 dargestellt ist. Der Spannungspegel der Bezugsspannungsquelle 2 bewirkt zusammen mit dem Widerstand 4 einen vorbestimmten Strom, der bei Anlegen an die Anordnung 1 eine Kennlinie zur Folge hat, die in entgegengesetzter Richtung, verläuft wie die nicht lineare Kennlinie, welche die Komponenten eines Fernseh- oder ähnlichen Systems besitzen.

Die Kennlinie einer solchen Komponente ist in Fig. 2 dargestellt. Ein Vergleich der Kurven der Fig. 2 und 3 zeigt die für eine Wiedergabe einer Originalszene erwünschte Linearität.

Auf diese Weise bewirkt der erfindungsgemäße Gammakorrektionskreis eine Verzerrung, die, bezogen auf die durch die Komponente des Systems erfolgte Verzerrung, eine entgegengesetzte Charakteristik aufweist und hierdurch ein insgesamt lineares System erzeugt. In einem Abtaster oder einer Fernsehbildaufnahmekamera wird eine vorbestimmte Verzerrung bei der Bildquelle mit linearer Charakteristik bewirkt, um die Verzerrung bei der Wiedergabevorrichtung zu kompensieren. Bei Verwendung eines Image Orthicon oder Ikonoskops, die bereits von sich aus Nichtlinearitäten besitzen, muß die Charakteristik des Gammakorrektionsgliedes derart sein, daß sie die Restverzerrung der Aufnahme- und Wiedergabeeinrichtungen kompensiert. Die in dem System vornehmbare Gammakorrektion muß zur Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse durch Veränderung des durch die Einrichtung 1 fließenden Stromes mit Hilfe der Quelle 2 und des Widerstandes 4 einstellbar sein.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde zur Erzielung der nicht linearen Charakteristik als Anordnung 1 eine Germaniumdiode verwendet, um eine Expansion eines Teils des Signals in bezug auf den anderen zu erreichen. Selbstverständlich kann die Anordnung 1 auch eine Vakuumdiode, ein Selengleichrichter, eine Kristallkombination oder eine Kombination von Röhren und/oder Kristallen enthalten.

Gemäß der Polarität der Anordnung 1 und Quelle 2 kann das Signal, wie es im wesentlichen durch die Kurve 6 der Fig. 1 dargestellt ist, mit positivem Schwarzbereich angelegt werden. Durch entgegengesetzte Polung von 1 kann das Signal mit negativem Schwarzbereich angelegt werden. Beim Umkehren der Polarität von sowohl 1 als auch 2 kann das Signal mit positivem Schwarzbereich angelegt werden.

Neben der Erzeugung einer Gammakorrektionscharakteristik (z. B. gemäß Fig. 3) zur Kompensation der in Fig. 2 dargestellten Verzerrung ist es möglich, die in dem Bildsignal vorhandenen hohen Frequenzen zu überhöhen, indem die kleine veränderbare Kapazität 5 zu dem Gammakorrektionssteuerwiderstand 4 parallel geschaltet wird.

Fig. 4 ist eine typische Kurve der Frequenzcharakteristik, .in der die Überhöhung der hohen Frequenzen, wie sie durch diesen Teil der Erfindung erzielt wird, erkennbar ist. Bei Verwendung des einfachen erfindungsgemäßen Kreises ist es möglich, ein Signal in solcher Weise zu verzerren, daß die Systemverzerrungen beseitigt sind, während gleichzeitig eine Kompensation des Abfalles für die hohen Frequenzen erfolgt, wenn die Gammakorrektion für die feinsten Einzelheiten des Bildsignals vernachlässigt wird, für denen Aufnahme das menschliche Auge zu träge ist.

Fig. S zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, deren Prinzip an Hand des Ersatzkreises der Fig. 1 erläutert wurde.

Die Bildsignalquelle 3 umfaßt die Elektronenröhrenanordnungen 7 und 8, wobei Anordnung 7 mit dem zugeordneten Kreis zusammenwirkt, um eine niedrige Impedanz für das Signal an dem doppelt wirkenden Kreis zu schaffen. Kurve 9 stellt ein typisches Video-Signal dar, das von einer Aufnahmeeinrichtung 10 bekannten Typs zugeführt wird. In dem Kurvenzug 9 ist z. B. ein Sägezahnsignal mit positivem Schwarzbereich vorhanden.. Bei dem dargestellten Beispiel soll das Gammakorrektionsglied Schwarz im Vergleich zu Weiß expandieren bei gleichzeitiger Überhöhung der hohen Frequenzen mit Hilfe des Frequenzgangkompenationsgliedes.

Der erfindungsgemäße Kreis nimmt beide Änderungen in folgender Weise vor. Die aus einer Diode

bestehende Elektronenröhre 8 am Eingangsgitter 11 der Anordnung 7 wirkt als Schwarzsteuerung. Die Polarität der Anordnung 1, im Ausführungsbeispiel als Kristall gewählt, ist derart, daß bei den weißen Spitzen eine größere Kristalleitfähigkeit als bei den schwarzen vorhanden ist. Infolgedessen ist ihre Impedanz und daher ihr Ausgangspegel für Schwarz größer als für Weiß. Auf diese Weise ist eine Emphasis von Schwarz und Dunkelgrau auf Kosten von Weiß und Hellgrau erzielt, wie es z. B. durch die Kurve 12 dargestellt sei. Der mit der Kathode oder dem Belastungswiderstand 13 der Elektronenröhre 7 gekoppelte Widerstand 4 ist ein Regelwiderstand, der den Zweck hat, zusammen mit der Anordnung 1 und der Bezugsspannungsquelle 2 die eigentliche Gammakorrektionskennlinie zu bewirken. Die Frequenzgangkompensation wird in diesem Kreis mit Hilfe des Kondensators 5 erreicht, der das Dämpfungsglied bzw. Widerstand 4 für den Bereich der hohen Frequenzen des Bildsignals überbrückt, um die gewünschte Anhebung der hohen Frequenzen zu erreichen.

Fig. 5 zeigt ferner ein Beispiel, um die Bezugsspannung abzuleiten. Die Quelle 2 umfaßt einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 14 und 15, die zwischen + B und Masse geschaltet sind und auf diese Weise am Anschlußpunkt der Widerstände 14 und 15 eine vorbestimmte Bezugsspannung für ι schaffen.

Das im vorstehenden beschriebene Ausführungsbeispiel beseitigt die Hälfte der Signalverluste, die in den bisher bekannten Systemen mit Gammakorrektions- und Frequenzgangkompensationskreisen auftraten. Das Hauptprinzip der Wirkungsweise des Kreises basiert auf der subjektiven Eigenschaft des menschlichen Auges, durch welche das Fehlen der Gammakorrektion bei den feinsten Einzelheiten nicht bemerkt wird.

Da in einem vollständigen Fernsehsystem veränderliche Szenen und Filme aufgenommen werden, ist es sehr erwünscht, das gesamte Gamma des Systems in der Weise verändern zu können, daß die Wiedergabe im Empfänger so wahrheitsgetreu wie möglich ist. Auch kann zur Erzielung des besten Effektes bei einzelnen Aufnahmen eine Gammaänderung erforderlich sein. Es wäre auch möglich, den Kreis gemäß Fig. 1 und 5 in der Weise zu verändern, daß von dem Aufnehmenden das Gamma der Bildsignale rasch und auf einfache Weise geändert wird, ohne andere Einstellmittel zu beeinflussen oder zu bedienen. Dies kann erreicht werden, indem die Bezugsspannungsquelle 2 und Widerstand 4 mit Mitteln versehen werden, die es gestatten, den Wert des die doppelte Funktion ausübenden Kreises zu verändern. Eine Änderung der Werte in einer bestimmten Weise verändert die nicht lineare Charakteristik der Anordnung 1 um einen gewünschten Betrag und stellt ein einfaches Mittel zur Änderung der Gammakorrektion dar, um die Verzerrungen in einem Fernseh- oder ähnlichen System zu beseitigen, und liefert somit die weitestmögliche szenengetreue Wiedergabe.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel dient nur zur Erläuterung und soll keine Beschränkung auf den geschilderten Fall darstellen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur gleichzeitigen Gradationsregelung und Anhebung der hohen Bildfrequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß der in Reihe mit dem bei einem vorbestimmten Stromwert betriebenen nicht linearen Schaltglied (1) liegende und mit diesem einen amplitudenabhängigen Spannungsteiler bildende Widerstand (4) ganz oder teilweise durch eine vorzugsweise regelbare Kapazität (5) überbrückt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als nicht lineares Schaltglied eine Diode (1) verwendet wird und der der Gradationsregelung dienende, zur Höhenanhebung regelbar kapazitiv überbrückte Widerstand (4) veränderbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zur gleichzeitigen Gradationsregelung und Höhenanhebung verwendete amplituden- und frequenzabhängige Spannungsteiler über eine als Kathodenverstärkerstufe geschaltete Röhre (7) gespeist wird, der eingangsseitig eine Diode (8) zur Schwarzsteuerung parallel geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kathode der Regeldiode (1) ein vorzugsweise regelbares Vorspannungspotential liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Britische Patentschrift Nr. 514401; schweizerische Patentschrift Nr. 281 913;

»Das Elektron in Wissenschaft und Technik«, 1950, Heft 8, S. 271·;

W. Dillenburger: »Einführung in die neue deutsche Fernsehtechnik«, 1950, S. 157; »Funk und Ton«, 1951, Hefts, S. 276 bis 278.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen