DE3877781T2

DE3877781T2 - Automatische verstaerkungsregelungseinrichtung fuer videosignale.

Info

Publication number: DE3877781T2
Application number: DE8888420047T
Authority: DE
Inventors: Philippe Berger; Patrick Douziech
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1988-02-17
Publication date: 1993-08-19
Anticipated expiration: 2008-02-18
Also published as: KR880010565A; DE3877781D1; JPS63215276A; FR2611337A1; US4837625A; EP0279755A1; EP0279755B1; FR2611337B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine automatische Verstarkungsregelungseinrichtung für Videosignale mit Hilfe von integrierten Schaltungen.
Das Ausgangsvideosignal verschiedener Videosignalquellen, z.B. eines Fernsehempfänger, eines Mikrocomputers oder einer Videoplatte, zeigt eine gewisse Streuung in den Spitzenwerten. Infolgedessen muß ein Anschlußgerät, das dieses Videosignal verwendet, z.B. ein Bandaufnahmegerät für den Fernsehempfänger, eine automatische Verstärkungsregelungs- einrichtung aufweisen, um diese Amplitudenstreuung zu reduzieren. Die bisher verwendeten automatischen Verstärkungsregelungseinrichtungen sind analoge Rückkopplungssysteme, die auf einem Vergleich des Spitzenwertes bzw. eines Quasi-Spitzenwertes mit einem Referenzwert beruhen. Derartige Einrichtungen werden so ausgewählt, daß sie eine Zeitkonstante liefern, um die Verstärkung ausreichend lange zu modifizieren, so z.B. während einiger Zeilen, so daß das Videosignal während der Verstärkungsregelung nicht verändert wird. Hierfür verwendet man generell Kondensatoren mit großen Kapazitätswerten, die nicht integriert werden können. Es ist daher notwendig, einen Kondensator außerhalb der integrierten Schaltung zu verwenden und einen zusätzlichen Anschluß hierfür vorzusehen. Wenn jedoch der Bildinhalt sich rasch ändert, besteht die Gefahr der Verzerrung und des Überschwingens. Es muß daher, um die Bildqualität zu verbessern, häufig für den Fall einer Verstärkungsverminderung eine kürzere Zeitkonstante als diejenige vorgesehen werden, die für eine Verstärkungsanhebung verwendet wird, was zu einer noch komplexeren externen Schaltung führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Probleme auszuräumen. Sie betrifft eine automatische Verstärkungsregelungsschaltung für Videosignale, die keinen Kondensator außerhalb der integrierten Schaltung benötigt, um die gewünschten Zeitkonstanten zu erhalten, was zu dem wichtigen Vorteil führt, die integrierte Schaltung von einer zusätzlichen Anschlußstelle zu befreien.
Die Einrichtung gemäß der Erfindung stellt unterschiedliche Zeitkonstanten zur Verfügung, je nachdem, ob die Verstärkung vermindert oder angehoben. Eine Verminderung der Verstärkung wird mit einer kurzen Zeitkonstante in Abhängigkeit eines in der Schaltung vorhandenen Taktsignales behandelt, wohingegen eine Anhebung der Verstärkung mit der Zeilenfrequenz während des Zeilenrücklaufes behandelt wird. Auf diese Weise werden Überschwingungen in der Rückkopplung und Gefahren der Bildverzerrung unterdrückt.
Die Erfindung bezieht sich somit auf eine Einrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung für Videosignale entsprechend dem Anspruch 1.
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Figur näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur automatischen Verstärkungsregelung gemäß der Erfindung darstellt.
Die Einrichtung zur Verstärkungsregelung erlaubt es, die Videosignale von verschiedenen Videoquellen, wie einem Empfänger, einer Videokamera, einem Bandgerät oder einem Mikroprozessor zu normieren. Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat eine vollständig andere Konzeption als bekannte Schaltungen, da die Rückkopplungsschleife für die Verstärkungsregelung eine numerische bzw. digitale Behandlung der Signale bewirkt, wodurch die bekannten Vorteile dieser Art der Signalverarbeitung erhalten werden, jedoch darüberhinaus auch das Problem der Integration sowie der Unterdrückung parasitärer Effekte bei der Verstärkungsregelung, wenn diese Regelung in einer Erhöhung der Verstärkung besteht, und auch das Problem des Überschwingens gelöst wird, das während schneller Bildwechsel verursacht wird.
Ein Verstärker 1 erhält über zwei Differenzeingänge E&sub1;, E&sub2; das Videosignal Vi sowie das Signal Vn entsprechend dem Schwarzwert und ferner über einen dritten Eingang E&sub3; den Multiplikationsfaktor, über den die Verstärkung geregelt wird. Das Ausgangssignal SR am Ausgang S des Verstärkers 1 wird einem Eingang eines RC-Filters 2 zugeführt, der das Videosignal filtert und glättet, wobei dieser Filter hierfür eine bestimmte Grenzfrequenz in der Größenordnung von 500 Kilohertz aufweist. Dieser Filter kann mit Hilfe eines kleinen integrierten Kondensators mit 10 pF realisiert werden. Das Ausgangssignal des Filters wird dem Eingang einer Vergleichsschaltung zugeführt. Diese Schaltung weist eine erste Vergleichsschaltung 3 aus zwei Komparatoren 30 und 31 und eine zweite Vergleichsschaltung 4 aus zwei Komparatoren 40 und 41 auf.
Die erste Gruppe der Komparatoren erlaubt einen Vergleich des Videosignals Vc mit zwei vorbestimmten Schwellenwerten, oberhalb von denen man eine Verstärkungsregelung durchführen will, wobei der eine Wert niedriger als der zweite ist, um eine Feinregelung der Verstärkung zu erlauben. Der höhere Schwellenwert wird durch den Pegel Vb des maximal erwünschten Weißwertes erhöht um einen Pegel d gebildet, der vorzugsweise gleich 1,1 dB des gewünschten Wertes VB ist. Die niedrigere Schwelle wird durch den Pegel des Weißwertes Vb erhöht um einen Pegel c gebildet (c ist kleiner als d), der vorzugsweise gleich 0,1 dB des gewünschten Wertes Vb ist.
Die zweite Gruppe der Komparatoren erlaubt eine Vergleichsbehandlung des Videosignales Vc mit zwei anderen Schwellen, unterhalb von denen man eine Verstärkungsregelung vornehmen will, wobei die eine Schwelle niedriger als die andere ist, um damit eine Feinregelung der Verstärkung zu bewirken. Die höhere Schwelle wird durch den Pegel des gewünschten Weißwertes Vb vermindert um den Pegel c gebildet, der vorzugsweise gleich 0,1 dB des gewünschten Wertes Vb ist. Die niedrigere Schwelle wird durch den Pegel des Weißwertes Vb vermindert um einen Pegel d gebildet, der vorzugsweise 1,1 dB des gewünschten Wertes Vb ist.
Eine Aktivierungs- oder Treiberschaltung 5 treibt mit den Ausgangssignalen der Komparatoren 30, 31, 40 und 41 eine Aufwärts/Abwärts-Zählschaltung 6. Das Ausgangssignal des Komparators 30 aktiviert den Abwärts-Zähleingang eines Aufwärts/Abwärts-Zählers 61 der Schaltung 6 über ein UND-Tor 51 der Schaltung 5, das Ausgangssignal des Komparators 31 aktiviert den Abwärts-Zähleingang eines Aufwärts/Abwärts- Zählers 62 der Schaltung 6 über ein UND-Tor 52 der Schaltung 5. Die Tore 51 und 52 empfangen an ihren zweiten Eingängen jeweils ein Signal H, dessen Frequenz höher als die Zeilenfrequenz ist.
Der Ausgang des Komparators 40 aktiviert den Eingang H eines RS-Flipflops 53 der Schaltung 5. Der Ausgang des Komparators 41 aktiviert den Eingang R2 eines RS-Flipflops 54 der Schaltung 5. Die Eingänge S1 und S2 dieser beiden Flipflops erhalten ein Signal IT2 mit einer Frequenz gleich der Zeilenfrequenz synchron mit dem Ende des Bildrücklaufsignals (an der absteigenden Flanke des Bildrücklaufsignalimpulses) Der Ausgang Q1 des Flipflops 53 ist mit einem Eingang eines UND-Tores 55 verbunden, dessen Ausgangssignal dem Zähleingang C2 des Aufwärts/Abwärts-Zählers 62 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Tores 56 liegt am Zähleingang C1 des Aufwärts/Abwärts-Zählers 61 an. Die aus dem Aufwärts- und Abwärtszählen resultierenden Daten am Ausgang jedes Zählers sind jeweils Worte mit n Bit, wobei n gleich 4 ist. Die 4- Bit-Worte entsprechend dem höchsten Gewicht p werden dem Eingang eines Digital/Analogwandlers 64 zugeführt. Die Ausgänge der Wandler 63 und 64 werden den Eingängen eines Addierers 65 zugeführt, mit dem durch Addition der Ausgangssignale dieser Wandler das Regelsignal für die Verstärkung des Verstärkers 1 erhalten wird.
Die Funktion der Einrichtung ist folgende:
Der Verstärker 1 multipliziert die Spannung Vi-Vn, die er an seinen Differenzeingangen E&sub1; und E&sub2; empfängt, mit einem Multiplikationskoeffizienten k und liefert an seinem Ausgang S somit eine Spannung k (Vi-Vn) . Der Koeffizient k wird durch die Zählschaltung 6 vorgegeben und variiert als Funktion der Vergleichsergebnisse der Schaltungen 3 und 4. Solange das Signal Vc am Ausgang des Integrators kleiner als Vb - 1,1 dB ist, sind die Ausgangssignale der Komparatoren 40 und 41 z.B. Null. Wenn dieses nicht der Fall ist, würde es genügen, einen Inverter vor die Eingänge P1 und R2 der Flipflops zu schalten. Die Eingänge P1 und R2 der Flipflops 53 und 54 liegen demnach auf dem Pegel Null, wobei an den Eingängen C1 und C2 der Zähler 61 und 62 jeweils ein Wert gezählt wird, sobald ein Impuls IT1 vorliegt, d.h. bei Beginn des Bildrücklaufsignales. Die Wandler 63 und 64 werden jeweils um ein Bit erhöht, wobei die Verstärkung um p + c, nämlich 1,1 dB (p = 1 dB, c = 0,1 dB) erhöht wird und konstant während des folgenden Teilbildes bleibt.
Wenn das Signal Vc zwischen Vb - 1,1 dB und Vb - 0,1 dB liegt, hat das Ausgangssignal A1 des Komparators 40 den Pegel Null und das Ausgangssignal A2 des Komparators 41 den Pegel Eins. Das Flipflop 53 ändert seinen Zustand nicht, jedoch das Flipflop 54, so daß Q1 gleich 1 und Q2 gleich 0 ist. Der Zähler 62 zählt einen Wert, der Zähler 61 zählt nicht, der Wandler 64 wird um ein Bit erhöht und die Verstärkung wird um 0,1 dB angehoben.
Wenn das Signal Vc zwischen Vb - 0,1 dB und Vb + 0,1 dB liegt, wechselt der Ausgang des Komparators 40 auf den Pegel 1, der Ausgang Q1 des Flipflops 53 auf den Pegel Null, die Zähler 61 und 62 zählen nicht, die Verstärkung bleibt unverändert und die Amplitude des Videosignales befindet sich in einem Bereich mit akzeptablen Werten.
Wenn das Signal Vc zwischen Vb + 0,1 dB und Vb + 1,1 dB liegt, liegt der Ausgang A2 des Komparators 31 auf dem Pegel 1, der Ausgang des Komparators 30 auf dem Pegel Null. Das Tor 52 liefert an seinem Ausgang das Signal 1 solange ein Taktsignal H vorliegt und der Zähler 62 zählt abwärts, bis ein Verstärkungswert erreicht wird, der eine Einstellung der Signalamplitude zwischen Vb - 0,1 dB und Vb + 0,1 dB mit sich bringt.
Wenn das Signal Vc größer oder gleich Vb + 1,1 dB ist, liegt der Ausgang des Komparators 30 auf dem Pegel Eins, der Ausgang des Komparators 31 liegt ebenfalls auf dem Pegel Eins, und die Zähler 61 und 62 zählen bei jedem Taktimpuls H einen Wert abwärts. Die Verstärkung erniedrigt sich daher, bis ein Wert zwischen Vb + 0,1 dB und Vb - 0,1 dB erreicht wird.
Der Fall eines nicht definierten Ausgangssignales Q aufgrund der Eingangssignale R und S kann nicht auftreten, da das Signal IT2 bis zum Ende des Zeilenrücklaufsignales den Wert Eins hat oder es zu diesem Zeitpunkt kein Luminanzsignal gibt.
Die Wahl von zwei 4-Bit-Zählern anstelle eines Zählers mit 8 Bit erlaubt eine kleinere Bauweise, da man hiermit jedem 4- Bit-Zähler einen D/A-Wandler mit 4 Bit zuordnen kann, wohingegen ein Wandler mit 8 Bit wesentlich größer als zwei Wandler mit 4 Bit ausfällt.
Die Wahl der Schwellenwerte 1,1 dB und 0,1 dB wurde getroffen, um die besten Funktionsbedingungen sicherzustellen, d.h. um jedes Risiko einer Schwingung der Rückkopplung zu vermeiden. Selbstverständlich können auch andere Werte, die nahe an diesen Werten liegen, gewählt werden.
Die Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht eine digitale Verstärkungsrückkopplung eines Videosignales durch die Anwendung dieses Signales am Differenzeingang eines Verstärkers, wobei der Multiplikationskoeffizient, der für die Verstärkungsregelung dient, durch eine Aufwärts/Abwärts- Zählschaltung erhalten wird, mit der eine Erhöhung der Verstärkung durch Aufwärtszählen der Zähler oder eine Verringerung der Verstärkung durch Abwärts zählen der Zähler als Funktion der Vergleichsergebnisse ermöglicht wird, die zwischen diesem Videosignal und einem akzeptablen Pegel erhalten werden, der um den Wert des maximalen erwünschten Weißwertes liegt. Es werden Wandler mit unterschiedlichen Gewichten gewählt, ohne dadurch die Anzahl der Bit der Zähler und Wandler zu erhöhen. Diese Gewichte oder Wertigkeiten werden demnach so gewählt, daß der maximale Inhalt des Zählers mit niedrigem Gewicht (16 mal 0,1 dB) einen höheren Wert als das kleinere Gewicht (1 dB) des Zählers mit der hohen Wertigkeit aufweist. Nach diesem speziellen Beispiel wurde ein Gewicht p von 1 dB für den Wandler 63 und ein Gewicht c von 0,1 dB für den Wandler 64 gewählt. Die Absenkung der Verstärkung erfolgt synchron mit dem Taktsignal H, das eine hohe Frequenz aufweist, die z.B. zwischen 50 und 500 Kilohertz liegt. Das Anheben der Verstärkung erfolgt synchron mit dem Bildrücklaufsignal, während des Bildrücklaufes, wodurch jede Gefahr einer parasitären Störung auf das Bild unterdrückt wird. Die Zeitkonstante, um eine maximale Verstärkung zu erhalten, liegt bei acht Teilbildern entsprechend 160 Millisekunden.

Claims

1. Automatische Verstärkungsregelungseinrichtung für Videosignale, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- einen Verstärker (1) mit zwei Differenzeingängen (E1, E2), von denen ein erster Eingang (E1) das Videosignal (Vi) und ein zweiter Eingang (E2) ein dem Schwarzwert entsprechendes Signal (Vn) empfängt, und mit einem dritten Eingang (E3) zur Verstärkungsregelung, wobei dieser Verstärker ein justiertes Videosignal (Vc) abgibt;

- eine erste Vergleichsschaltung (3), die das justierte Videosignal (Vc) sowie erste und zweite Schwellensignale empfängt, die aus dem den gewünschten Weißwert angebenden Signal (Vb) durch Erhöhen um einen ersten (d) bzw. zweiten Pegel (c) erhalten werden;

- eine zweite Vergleichsschaltung (4), die das justierte Videosignal (Vc) sowie dritte und vierte Schwellensignale empfängt, die aus dem den gewünschten Weißwert angebenden Signal (Vb) durch Erniedrigen um einen ersten (d) bzw. zweiten Pegel (c) erhalten werden;

eine Aktivierungsschaltung (5), die die Ausgangssignale der ersten und zweiten Vergleichsschaltung (3, 4), ein Bildrücklaufsignal (IT2) und ein Signal (H) mit einer Frequenz größer der des Bildrücklaufsignales empfängt und Impulssignale abgibt;

- eine Zählschaltung (6), die die Impulssignale empfängt, wobei diese Signale ein Zählen einer Menge proportional dem ersten oder zweiten Pegel entsprechend dem Vergleichsergebnis auslösen, wenn das justierte Videosignal unter den beiden Schwellen liegt, bzw. ein Abwärtszählen einer Menge proportional dem zweiten oder dem ersten Pegel auslösen, wenn das justierte Videosignal über den beiden Schwellen liegt;

wobei das Ausgangssignal der Zählschaltung am Eingang zur Verstärkungsregelung der Verstärkers empfangen wird, um entsprechend dem angelegten Wert entweder eine Erhöhung der Verstärkung während des Bildrücklaufsignales oder eine Verringerung bei erhöhter Frequenz zu verursachen.

2. Automatische Verstärkungsregelungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vergleichsschaltung (3) einen ersten Komparator (30), der einen Vergleich zwischen dem justierten Videosignal (Vc) und dem gewunschten Weißwert, erhöht um den ersten Pegel, ausführt, und einen zweiten Vergleicher (31) aufweist, der einen Vergleich zwischen dem justierten Videosignal (Vc) und dem Weißwert, erhöht um den zweiten Pegel, ausführt, und daß die zweite Vergleichsschaltung (4) einen ersten Komparator (40), der einen Vergleich zwischen dem justierten Videosignal (Vc) und dem gewünschten Weißwert, verringert um den zweiten Pegel (c), ausführt, und einen zweiten Vergleicher (41) aufweist, der einen Vergleich zwischen dem justierten Videosignal (Vc) und dem Weißwert, verringert um den ersten Pegel (d), ausführt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierungsschaltung aufweist

- ein Flip-Flop (53), dessen R-Eingang das Ausgangssignal des ersten Komparators (40) der zweiten Vergleichsschaltung (4) und dessen S-Eingang das Bildrücklauf-Endesignal (IT2) empfängt und dessen Ausgang init dein Eingang eines UND-Tores (55) verbunden ist, das an seinem zweiten Eingang das Bildrücklauf-Anfangssignal (IT1) empfängt,

- ein zweites Flip-Flop (54), dessen R-Eingang das Ausgangssignal des Komparators (41) und dessen S-Eingang das Bildrücklauf-Endesignal (IT2) empfängt und dessen Ausgang Q mit einem Eingang eines zweiten UND-Tores 56 verbunden ist, das an seinem zweiten Eingang das Bildrücklauf-Anfangssignal (IT1) empfängt, und daß ein UND-Tor (51) an einem Eingang das Ausgangssignal des ersten Komparators (30) der ersten Vergleichsschaltung (3) und ein UND-Tor (52) an einem Eingang das Ausgangssignal des zweiten Komparators (31) der ersten Vergleichsschaltung (3) empfängt, wobei die jeweils zweiten Eingänge der beiden Tore das Taktsignal H empfangen.

4. Automatische Verstärkungsregelungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählschaltung einen ersten Zähler (61) und einen zweiten Zähler (62) aufweist, deren Aufwärts- und Abwärtszähleingänge durch die Aktivierungsschaltung (5) aktiviert werden, sowie einen ersten Digital/Analog-Wandler (63) mit dem Gewicht p und einen zweiten Digital/Analog-Wandler (64) mit dem Gewicht c aufweist, wobei die Ausgänge der beiden Wandler einem Addierer (65) zugeführt sind, dessen Ausgang mit dem dritten Eingang des Verstärkers (1) zur Regelung der Verstärkung verbunden ist.

5.Automatische Verstärkungsregelungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des ersten Komparators (30) der ersten Vergleichsschaltung (3) über das UND-Tor (51) mit dem Abwärts-Zähleingang des ersten Zählers (61) und der Ausgang des zweiten Komparators (31) der ersten Vergleichsschaltung über das UND-Tor (52) mit dem Abwärts-Zähleingang des zweiten Zählers (62) verbunden ist, daß der Ausgang des ersten Komparators (40) der zweiten Vergleichsschaltung (4) über das Flip-Flop (53) und das UND- Tor (55) mit dem Aufwärts-Zähleingang des zweiten Zählers (62) verbunden ist, und daß der Ausgang des zweiten Komparators (41) der zweiten Vergleichsschaltung über das Flip-Flop (54) und das UND-Tor (56) mit dem Aufwärts- Zähleingang des ersten Zählers (61) verbunden ist.

6.Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Filter (2) aufweist, der zwischen den Ausgang des Verstärkers (1) und den Eingang der ersten und zweiten Vergleichsschaltung geschaltet ist und dessen Grenzfrequenz 500 kHz ist.