DE3508168C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Videosignalverarbeitungsschaltung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

Viele Fernsehempfänger enthalten eine Einrichtung zur auto­ matischen Begrenzung übermäßiger Bildröhrenstrahlströme, die infolge der Bildinformation des Videosignals fließen. Über­ mäßige Strahlströme können ein Wiedergabebild beeinträchtigen, indem die Ablenkschaltungen des Empfängers aufhören zu arbei­ ten oder der Elektronenstrahlauftreffpunkt defokussiert wird und das Bild überstrahlt. Übermäßige Strahlströme können auch den Sicherheitsbereich der Bildröhre überschreiten und diese sowie zugehörige Schaltungskomponenten möglicherweise be­ schädigen.

Aus der britischen Patentanmeldung 20 46 055 A ist ein Farb­ fernsehempfänger mit einer Strahlstrombegrenzungsschaltung be­ kannt, bei dem zur Vermeidung von Schwarzpegelverschiebungen infolge des Arbeitens der Strahlstrombegrenzung ein von dieser abhängiges Kompensationssignal in eine Stufe des Leuchtdichte­ verstärkers eingespeist wird und mit dem Leuchtdichtesignal kombiniert wird, um dieses auf den richtigen Schwarzpegel zurückzubringen.

Ein digitales Videosignalverarbeitungssystem für einen Fern­ seher ist aus der US-PS 43 44 021 bekannt. Weiterhin ist ein kürzlich von der Worldwide Semiconductor Group (in Freiburg) der ITT vorgestelltes digitales Videosignalverarbeitungssystem in der ITT Publikation "VLSI Digital TV System - DIGIT 2000" beschrieben. Hierbei erfolgt eine automatische Strahlstrom­ begrenzung durch Regelung der Größe der Leuchtdichtesignale, die von einem am Ausgang des Leuchtdichtekanals vorgesehenen Analog/Digital-Wandler geliefert werden. Durch Herabsetzung einer Bezugsspannung für diesen Wandler läßt sich die Größe des analogen Ausgangssignals des D/A-Wandlers proportional reduzieren. Bei dieser Art von Strahlstrombegrenzung kann sich aber der Schwarzpegel des Leuchtdichtesignals unerwünscht verschieben, etwa wenn er durch eine von Null verschiedene Digitalzahl dargestellt wird.

Im Gegensatz zur üblichen Strahlstrombegrenzung durch Regelung der Spitze-Spitze-Amplitude des Videosignals, bei der weniger bemerkbare und störende Effekte im Wiedergabebild sichtbar sind, ist eine Strahlstromregelung, bei der eine Verschiebung des Schwarzpegels auftritt, für den Betrachter auffälliger.

Die Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung besteht in der Angabe einfacher Schaltungsmaßnahmen, welche auch bei einer digitalen Videosignalverarbeitungsschaltung eine Kompensation der durch die Strahlstrombegrenzung verursachten Schwarzpegel­ verschiebung ermöglichen.

Die Einrichtung läßt sich mit Vorteil in einem digitalen Video­ signalverarbeitungskanal verwenden, der am Ausgang einen D/A- Konverter hat, und dabei erfolgt die Strahlstrombegrenzung durch Veränderung der Bezugsspannung für den D/A-Konverter in Abhängigkeit von einem Regelsignal für die Strahlbegrenzung, so daß auf diese Weise die Größe der analogen Videoausgangs­ signale verändert wird. Eine Kompensation unerwünschter Ver­ schiebungen im Schwarzpegel der Videoausgangssignale erfolgt dadurch, daß zum Ausgang des D/A-Konverters eine Form des Regelsignale mit solcher Größe und Polarität gekoppelt wird, daß Schwarzpegelverschiebungen praktisch rückgängig gemacht werden.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Teil eines Fernsehempfängers mit einem automati­ schen Bildröhrenstrahlstrombegrenzer und einer Ein­ richtung nach der Erfindung und

Fig. 2 zusätzliche Schaltungsdetails der Anforderung nach Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 werden Farbfernsehsignale von einer Quelle 10 in digitaler (also binärer) Form auf eine Frequenzselek­ tionsschaltung 12 gegeben (die beispielsweise ein Kammfilter enthält), um eine vom Fernsehsignal abgetrennte Leucht­ dichtekomponente (Y) an eine digitale Leuchtdichtesignal­ verarbeitungsschaltung 14 in einem Leuchtdichte­ kanal des Empfängers und eine abgetrennte Farbkomponente (C) an eine digitale Farbsignalverarbeitungsschaltung 16 in einem Farbkanal des Empfängers zu geben. Die Leucht­ dichtesignalverarbeitungsschaltung 14 enthält digitale Signalverarbeitungsschaltungen 15, welche ein digitales Ausgangssignal von 8 Bit (2⁰ . . . 2⁷) an einen Eingang eines 8-Bit-Digital/Analog-Konverters 17 liefert. Der D/A- Konverter 17 bildet eine Ausgangsschaltung der Signalver­ arbeitungsschaltung 14 und enthält eine Widerstandsleiter­ schaltung zur Erzeugung eines analogen Ausgangsleucht­ dichtesignals in Abhängigkeit von dem digitalen 8-Bit- Eingangsleuchtdichtesignal. Eine Bezugsspannungsquelle 13 liefert eine Bezugsspannung +VR für den Konverter 17.

Die Farbsignalverarbeitungsschaltung 16 enthält D/A-Konver­ ter, die an ihrem Ausgang in Abhängigkeit von den digitalen Eingangsfarbsignalen analoge Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y liefern. Diese analogen Farbdifferenzsignale von der Schaltung 16 werden in einer Matrix 18 mit den analogen Leuchtdichteausgangssignalen von der Schaltung 14 kombi­ niert zu Farbbildsignalen r, g und b niedrigen Pegels. Die­ se Signale werden in einer Videoausgangsstufe 20 verstärkt, die mehrere Bildröhrentreiberverstärker zur Lieferung ent­ sprechender Farbsignale R, G, B hohen Pegels enthält, mit denen die Kathoden 36 a, 36 b und 36 c als Intensitätssteuer­ elektroden einer Bildröhre 35 angesteuert werden. Die Signale R, G und B werden den Bildröhrenkathoden jeweils über Stromfühlschaltungen 30, 31 und 32 zugeführt. Eine Hochspannungsquelle 40 (die beispielsweise eine Spannungs­ vervielfacherschaltung enthält) liefert in Abhängigkeit von Horizontalrücklaufimpulsen, die von nicht darge­ stellten Ablenkschaltungen des Empfängers kommen, eine Betriebshochspannung für die Anode der Bildröhre 35. Er­ gänzungsströme für den Bildröhrenstrahl werden der Hoch­ spannungsschaltung 40 über einen Widerstand 41 und einem Widerstand 42 zugeführt, die einer Betriebsgleichspannungs­ quelle B+ zugeordnet sind.

Der Empfänger enthält auch ein automatisches Bildröhren- Strahlstrombegrenzungssystem zur Begrenzung der Größe der der Bildröhre 35 zugeführten Videosignale, um auf diese Weise übermäßige Bildröhrenstrahlströme zu begrenzen, wenn durch Abfühlung festgestellt wird, daß die Bildröhre über­ mäßige Strahlströme oberhalb eines gegebenen Schwellwertes führt. Die Größe der durch das Videosignal bedingten Bild­ röhrenstrahlströme, die während der Bildhinlaufintervalle des Videosignals fließen, werden durch die Schaltungen 30, 31 bzw. 32 abgefühlt. Diese abgefühlten Ströme werden in einer Kombinationsschaltung 35 zu einem kombinierten Abfühlstrom addiert, welcher ein Maß für den gesamten Bildröhrenstrom ist. Dieser kombinierte Strom wird einem ersten Eingangsanschluß T 1 einer Strahlstromregelschal­ tung 50 zugeführt.

Ein ebenfalls von der Größe der in der Bildröhre 35 flie­ ßenden Ströme abhängiger zusätzlicher Strom wird von der Ergänzungsstromschaltung B+, 41, 42 für die Hochspannungs­ schaltung 40 abgeleitet. Dieser Strom wird einem zweiten Eingangsanschluß T 2 der Regelschaltung 50 zugeführt. Wie noch erläutert werden wird, erzeugt die Regelschaltung 50 an einem Ausgangsanschluß T 3 eine Regelsignal VC, das in Beziehung zur Größe sowohl übermäßiger Spitzen (vorüber­ gehender) und mittlerer Strahlströme steht, die in der Bildröhre 35 fließen. Das Regelsignal VC erscheint am An­ schluß T 3 und wird der Leuchtdichtesignalverarbeitungs­ schaltung 14 und der Farbsignalverarbeitungsschaltung 16 über Leiter 55 bzw. 56 zugeführt, wenn die Bildröhren­ ströme einen gegebenen Schwellwert überschreiten. Das Regelsignal VC wird den Regeleingängen der Leuchtdichte- und Farbsignalverarbeitungsschaltungen 14 und 16 in Gleich­ spannungskopplung mit einer Amplitude und Polarität im Sinne einer Begrenzung der Größen der Ausgangssignale der Leuchtdichte- und Farbsignalverarbeitungsschaltungen 14 und 16 zugeführt, so daß der Bildröhrenstrahlstrom auf einen vorgeschriebenen sicheren Wert begrenzt wird.

Die Strahlstrombegrenzung erfolgt über einen gegebenen Bereich übermäßiger Strahlströme durch gleichzeitige Ver­ ringerung der Spitze-Spitze-Amplituden der Leuchtdichte- und Farbsignale mit Hilfe einer ähnlichen Regeltechnik. Zur Herabsetzung der Amplitude des Leuchtdichtesignals im Sinne einer Strahlstrombegrenzung wird das Regelsignal VC der Bezugsspannungsquelle 13 zugeführt, so daß die Größe der Bezugsspannung VR für den Leuchtdichte-D/A- Konverter 17 in Abhängigkeit von der Größe des Regelsignals VC verringert wird. Wenn somit die Größe des Regelsignals sich verkleinert, wird auch die Spitze-Spitze-Amplitude des analogen Leuchtdichtesignals am Schaltungspunkt A für alle Leuchtdichtesignalwerte vom Schwarzpegel über die verschiedenen Graupegel bis zum Weißpegel reduzirt, weil die Amplitude des Ausgangsleuchtdichtesignals von der Größe der Bezugsspannung VR für den Leuchtdichte-D/A- Konverter 17 abhängt.

Die geregelte Reduzierung der Leuchtdichtesignalamplituden in Weißrichtung ergibt eine Strahlstrombegrenzung. In die­ sem Falle ist jedoch eine Reduzierung des Schwarzwertes des Ausgangsleuchtdichtesignals unerwünscht und wird prak­ tisch verhindert durch die Schaltung mit dem Leiter 57, dem Inverter 60 und den Widerständen R 1 und R 2. Der Wider­ stand R 1 koppelt das analoge Leuchtdichtesignal vom Aus­ gang der Leuchtdichtesignalverarbeitungsschaltung 14 am Schaltungspunkt A zu einem Punkt B am Leuchtdichteein­ gang der Matrix 18. Der Inverter 60 und der Widerstand R 2 koppeln eine Form des Strahlstrombegrenzungs-Regelsignals VC zum Schaltungspunkt B, wie noch erläutert wird.

Bei dem hier beschriebenen System entspricht der D/A-Kon­ verter 17 einer 8-Bit-Schaltung zur Umwandlung des digi­ talen binären 8-Bit-Paralleleingangssignals von der Leucht­ dichtesignalverarbeitungsschaltung 15 in ein entsprechen­ des Analogsignal. Das analoge Ausgangssignal ist propor­ tional dem Produkt aus der Größe der Bezugsspannung (VR) für den D/A-Konverter 17 und der Zahl, welche durch das digitale Eingangssignal des D/A-Konverters 17 dargestellt wird. Das digitale 8-Bit-Leuchtdichtesignal hat 256 digi­ tale Werte entsprechend den Zahlen von 0 bis 255. Der Schwarzpegel des analogen Leuchtdichtesignals entspricht im vorliegenden Beispiel dem von 0 verschiedenen Digital­ wert 31. Digitalwerte unterhalb von 31 stellen eine Ultra­ schwarzleuchtdichteinformation dar, und Digitalwerte ober­ halb 31 stellen Grauschattierungen bis zur Leuchtdichte­ information Weiß dar.

Infolge der Wirkung des Strahlbegrenzers tritt eine uner­ wünschte Schwarzpegelverschiebung des Leuchtdichtesignals ein, weil der den Schwarzpegel des Leuchtdichtesignals darstellende Digitalwert einen anderen, nämlich nicht schwarzen Pegel, erzeugt, wenn die Bezugsspannung VR in Abhängigkeit vom Strahlstromregelsignal VC verändert wird. Diese unerwünschte Schwarzpegelverschiebung wird praktisch verhindert durch die Schaltung mit dem Inverter 60 und den Widerständen R 1 und R 2. Die Werte dieser Widerstände sind so gewählt, daß ihr Verhältnis R 2/R 1 der Form

• R 2/R 1 = [ (2 ^N -1)-M] /M

genügt, wobei N die Anzahl von Binärbits bezeichnet, wel­ che zu dem digitalen Leuchtdichtesignal gehören (in diesem Falle N = 8), und M die zum Schwarzpegel des digitalen Leuchtdichtesignals gehörige Digitalzahl bezeichnet (in diesem Fall M = 31). Daher beträt hier das Widerstandsver­ hältnis, das zum praktischen Verschwinden von durch die Strahlstrombegrenzung bedingten Schwarzpegeländerungen er­ forderlich ist, R 2/R 1 = 7,225 oder näherungsweise 7.

Im Betrieb verursacht ein negativ gerichtetes Regelsignal VC für die Strahlstrombegrenzung eine zugehörige Verringe­ rung der Größe der Bezugsspannung VR für den D/A-Konverter 17, wie sich aus der in Fig. 2 veranschaulichten Schaltung ergibt. Diese führt zu einer Herabsetzung der Spitze-Spitze- Amplitude des analogen Leuchtdichtesignals am Schaltungs­ punkt A, wobei der Schwarzpegel des Leuchtdichtesignals sich unerwünschterweise in einer weniger positiven Richtung verschiebt. Das negativ gerichtete Regelsignal VC wird vom Inverter 60 umgekehrt und erscheint in einem positiverem Sinn am Ausgang des Inverters 60. Das invertierte Regel­ signal und das analoge Leuchtdichtesignal werden am Schal­ tungspunkt B über die Spannungsteilerwiderstände R 1 und R 2 kombiniert. Ist das Widerstandsverhältnis wie oben beschrie­ ben gewählt, dann werden durch die Strahlstrombegrenzung verursachte Schwarzpegelverschiebungen des Leuchtdichte­ signals in Ultraschwarzrichtung am Schaltungspunkt B prak­ tisch ausgelöscht.

In der Regelschaltung 50 des Strahlstrombegrenzers wird der zum Eingangsanschluß T 1 gelangende kombinerte Strom von einem PNP-Transistor 70 abgefühlt, dessen Kollektor als Ausgang mit einer auf Spitzenwerte reagierenden RC- Zeitkonstantenschaltung mit einem Kondensator 71 und einem Widerstand 72 gekoppelt ist. Die Spannung über dem Kondensator 71 steht in Beziehung zur Größe der Spitzen-Kathodenströme der Bildröhre 35. Diese Spannung stellt eine Komponente des Regelsignals VC dar. Sie wird über eine Schwellwert­ kopplungs- und Signalinverterschaltung 75 (die beispiels­ weise einen elektronischen Schalter enthält) in invertier­ ter Form zum Ausgangsanschluß T 3 geführt, wenn die Größe der Spannung am Kondensator 71 einen gegebenen Schwellwert übersteigt. Der von der Bildröhrenergänzungsstromschaltung zum Eingangsanschluß T 2 gelangende Strom wird mittels eines Kondensators 76 integriert zu einer Spannung, die in Beziehung zur Größe des mittleren Stroms in der Bild­ röhre 35 steht. Diese Spannung stellt eine andere Komponen­ te des Regelsignals VC dar und gelangt über einen Wider­ stand 77 und eine Schwellwertkoppelschaltung 78 zum Aus­ gangsanschluß T 3, wenn die Amplitude der Spannung am Kon­ densator 71 einen gegebenen Schwellwert übersteigt.

Die Leuchtdichtesignalverarbeitung 14, die Farbsignalver­ arbeitungsschaltung 16 und die Stromfühler 30 bis 32 kön­ nen Schaltungen sein, wie sie in dem eingangs erwähnten ITT Digital-Fernsehsignalverarbeitungssystem verwendet werden. Jeder der Stromfühler 30 bis 32 kann einen Hoch­ spannungs-PNP-Emitterfolgertransistor aufweisen, der im Signalkoppelweg zur Kathode der Bildröhre liegt, wobei die Basis als Eingangselektrode an den Ausgang des zuge­ hörigen Bildröhrentreiberverstärkers in der Stufe 20 ange­ schlossen ist und der Emitter als Ausgangselektrode mit der zugehörigen Bildröhrenkathode verbunden ist, während der Kollektor mit der Stromsummierungsschaltung 45 ge­ koppelt ist, wie es beispielsweise in der gleichlaufen­ den US-Patentanmeldung Ser. No. 4 97 157 (DE-OS 34 19 282) beschrieben ist, die am 23. Mai 1983 unter dem Titel "Video Signal Processor With Automatic Kinescope White Balance and Beam Current Limiter Control Systems" eingereicht worden ist. Die Regelschaltung 50 für den Strombegrenzer kann auch eine auf Spitzen- und Mittelwertstrahlstrom reagierende Begrenzerschaltung von der in der US-PS 41 67 025 beschriebenen Art verwenden.

Fig. 2 zeigt Details einer Schaltung, die sich zur Verände­ rung der Bezugsspannung VR in Abhängigkeit vom Regelsignal VC für die Strahlstrombegrenzung eignet. Gemäß Fig. 2 weist die in Fig. 1 mit 13 bezeichnete Bezugsspannungsquelle eine Referenz-Zener-Diode 80 und einen zugehörigen Vorspan­ nungswiderstand 81 auf, der an eine Betriebsspannungsquel­ le (+) angeschlossen ist. Die Bezugsspannung +VR für den D/A-Konverter 17 in Fig. 1 wird von der Zenerdiode 80 mit Hilfe einer Koppelschaltung abgeleitet, die einen Emitter­ folgertransistor 82 und einen Widerstand enthält. Die Größe der Bezugsspannung VR wird mit Hilfe der Regelspan­ nung VC des Strahlstrombegrenzers verändert, der über einen Emitterfolgertransistor 90 und einen Widerstand 95 an den Ausgangsschaltungspunkt C angeschlosen ist.

Claims (4)

1. Videosignalverarbeitungsanlage mit einer Quelle digitaler Videosignale, deren Informationsbits einer Viel­ zahl von Videoinformationspegeln einschließlich eines Schwarzpegels entsprechen,
ferner mit einer durch die Videosignale angesteuer­ ten Bildwiedergabeeinrichtung,
einer Steuerschaltung (50) zum Erzeugen eines Regel­ signals (VC) als Maß für die Größe übermäßiger Ströme in der Bildwiedergabeeinrichtung oberhalb eines Schwellwertes,
und einer das Regelsignal der Videosignalquelle zu­ führenden Koppelschaltung (55) zur Regelung der Größe des Videosignals im Sinne einer Begrenzung übermäßiger Ströme in der Bildwiedergabeeinrichtung, wobei die resultierenden Videosignaländerungen auch dessen Schwarzpegel unerwünscht beeinflussen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Videosignalquelle (14) einen Digital/Analog-Wandler (17) zur Lieferung eines analogen Videoausgangssignals ent­ hält, dessen Größe durch das digitale Videosignal und eine Bezugsspannung (VR) bestimmt ist,
daß das Regelsignal (VC) dem D/A-Wandler zur Veränderung der Größe der Bezugsspannung und damit des analogen Video­ ausgangssignals im Sinne einer Begrenzung übermäßiger Strahl­ ströme zugeführt wird,
und daß eine Schaltung ( 60, R 2) zur Erzeugung eines Kompen­ sationssignals mit einer von dem Regelsignal abhängigen Größe,
und eine Gleichspannungskoppelschaltung vorgesehen sind, welche dieses Kompensationssignal der Videosignalsquelle zur Unterdrückung der Schwarzpegeländerungen in Gleichspannungs­ kopplung zuführt.

2. Videosignalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal (VC) ein Maß für übermäßige Spitzenströme und mittlere Ströme in der Bildwiedergabeeinrichtung (35) ist.

3. Videosignalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Video­ ausgangssignal des D/A-Wandlers (17) in einer Signalkombi­ nationsschaltung (R 1, R 2, 60) mit dem Kompensationssignal zusammengefaßt wird im Sinne einer Unterdrückung von Ände­ rungen des Schwarzpegels im Videosignal.

4. Videosignalverarbeitungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Videosignal N Informationsbits enthält, welche eine Vielzahl von Video­ signalinformationspegeln einschließlich eines Schwarzpegels M darstellen,
daß das analoge Videosignal der Kombinationsschaltung über einen ersten Strompfad mit einer ersten Impedanz (R 1) zuge­ führt wird, daß das Kompensationssignal der Kombinations­ schaltung über einen zweiten Strompfad mit einer zweiten Impedanz (R 2) zugeführt ist und daß das Verhältnis der zweiten Impedanz zur ersten Impedanz durch den Ausdruck R 2/R 1 = [ (2 ^N -1) -M]/M gegeben ist.