DE69209543T2 - Farbbildwiedergabeanordnung und Farbkamera - Google Patents
Farbbildwiedergabeanordnung und FarbkameraInfo
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Farbbildwiedergabeanordnung mit den nachfolgenden Elementen:
- - Mitteln zum Empfangen eines Farb-Videosignals, das aus einem gammakorrigierten Leuchtdichteanteil und gammakorrigierten Farbaatanteilen besteht,
- - einer Matrixschaltung zum Herleiten gammakorrigierter primärer Farbsignale aus den zugeführten gammakorrigierten Leuchtdichte- und Farbartanteilen,
- - Gammakorrekturmitteln, die zur Gammaänderung der primären Farbsignale mit der Matrixschaltung gekoppelt sind, wobei diese Gammakorrekturmittel einen Regeleingang aufweisen zur Gammaregelung der primären Farbsignale in Antwort auf ein dem Regeleingang zugeführtes Gammaregelsignal,
- - Mitteln zum Erzeugen des genannten Gammaregelsignals und
- - einem Farbbildwiedergabeschirm, der mit den Gammakorrekturmitteln gekoppelt ist zum Wiedergeben des durch die gammakorrigierten Farbsignale dargestellten Farbbildes.
- Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus der US- Patentschrift 4.489.349 bekannt.
- Übliche Farbbildwiedergabeanordnungen haben eine vom Gebraucher betätigbare Leuchtdichteregelung, mit der die leuchtdichte des wiederzugebenden Bildes geregelt werden kann. Die Leuchtdichteregelung erfolgt dadurch, daß dem Leucht dichteanteil des Farb-Videosignals (oder den aus dem Leuchtdichteanteil und den Farbartanteilen hergeleiteten primären Farbsignalen) ein einstellbarer Gleichspannungsanteil zugeordnet wird. Eine derartige Leuchtdichteregelung weist jedoch einige Nachteile auf:
- Nicht nur die Grauwerte des Videosignals, sondern auch die Maximal weißwerte werden bei Erhöhung der Leuchtdichteeinstellung erhöht. Dies kann zu unakzeptierbar hohen Weißwerten führen, so daß das Videosignal danach wieder auf akzeptierbare Maximalweißwerte begrenzt werden muß.
- Weiterhin wird der Schwarzpegel des Videosignals auf einen Grauwert gehoben, so daß der Kontrast des wiedergegebenen Bildes wesentlich verringert wird.
- Den Farbteilen des Bildes wird ein farbloser Leuchtdichteanteil zugeordnet. Die Farbsättigung wird dadurch wesentlich beeinträchtigt.
- Eine wesentliche Verbesserung der Bildqualität läßt sich dadurch erzielen, daß auf eine Leuchtdichteregelung verzichtet wird und statt dessen eine einstellbare oder regelbare Gammaregelung vorgesehen wird, die bei allen primären Farbsignalen wirksam ist. Eine derartige Gammaregelung läßt sich mit der Formel Saus = Sγein darstellen, wobei Sein das der Gammaregelung zugeführte primäre Farbsignal als Eingangssignal darstellt mit Sein=0 für Schwarz und Sein=1 für Weiß und wobei Saus das gammakorrigierte Ausgangssignal darstellt. Wird der Exponent γ geändert, so ändert sich das Ausgangssignal Saus, aber dessen Schwarzpegel (Saus=0) und dessen Weißpegel (Saus=1) sind dabei unabhängig von γ. Es sei bemerkt, daß in der Praxis Gammaschaltungen verwendbar sind, die kein exakt exponentielles Gamma liefern, sondern die der Funktion Saus=Sγein, wenigstens für den betreffenden Signalbereich, nahezu annähern.
- Das einstellbare Gamma in der Bildwiedergabeanordnung bildet einen Teil des Gesamt-Gammas des Übertragungsystems von dem aufgenommenen Bild in der Kamera bis einschließlich des wiedergegebenen Bildes. Übliche Gammawerte sind: in der Kamera 1/2,2 und in der Elektronenstrahl-Wiedergaberöhre 2,8, so daß ohne veränderliche Gammaregelung das Gesamt-Gamma 2,8/2,2 = 1,27 beträgt. Mit einem einstellbaren Gamma, beispielsweise einstellbar von 1 bis 0,40, variiert das Gesamt- Gamma von 1,27 bis 2,8*0,40/2,2 = 0,51.
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einer Abweichung des Gesamt-Gammas von dem Wert 1 ein Farbfehler auftritt, der größer ist, je nachdem das Gesamt-Gamma mehr von dem Wert 1 abweicht. Diese Farbfehler zeigt sich als Fehler in der Farbsättigung, sowie, in geringerem Maße, in dem Farbton.
- Die Erfindung hat nun u.a. zur Aufgabe, in einer Farbbildwiedergabeanordnung mit einstellbarem oder regelbarem Gamma diesen Farbfehler zu vermeiden oder wenigstens wesentlich zu verringern. Die erfindungsgemäße Farbbildwiedergabeanordnung weist dazu das Kennzeichen auf, daß eine Farbkorrekturschaltung vorgesehen ist zum in Antwort auf das Gammakorrektursignal Ändern des Verhältnisses der primären Farbsignale untereinander entweder vor oder hinter den Gammakorrektur mitteln. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der auftretende Farbfehler größer ist, je nachdem das Gesamt-Gamma um einen größeren Betrag von dem Wert 1 abweicht, so daß der Farbfehler auf sehr wirksame Weise über den gesamten Regelbereich durch Änderung des Verhältnisses der primären Farbsignale untereinander abhängig von dem Gammaregelsignal verringert werden kann.
- Es hat sich als möglich erwiesen, auf sehr einfache Weise die genannten Farbverschiebungen und insbesondere die störenden Farbverschiebungen der Hautfarbtöne weitgehend auszugleichen, wenn die erfindungsgemäße Farbbildwiedergabeanordnung weiterhin das Kennzeichen aufweist, daß die Farbkorrekturschaltung eine regelbare Verstärkeranordnung aufweist zur Regelung der Amplitude der der Matrixschaltung zugeführten gammakorrigierten Farbartanteile in Antwort auf das Gammaregelsignal, wobei eine Verringerung des Gammas mit einer zwangsläufigen Zunahme der genannten Amplitude einhergeht.
- Auf entsprechende Weise kann ein einstellbares bzw. regelbares Gamma auch in der Kamera angewandt werden, beispielsweise in den Händen des Kameramanns, der bei dunklen Szenen das Kamera-Gamma verringern und bei helleren Szenen vergrößern kann. Vorzugsweise werden die Farbfehler, die durch diese Gammaänderun gen in der Kamera entstehen, auch in der Kamera kompensiert. Dadurch bezieht sich die Erfindung auch auf eine Farbkamera mit:
- - einer Sensoranordnung zum Umwandeln eines Farbbildes in eine Anzahl primärer Farbsignale,
- - Gammakorrekturmitteln, die mit der Sensoranordnung gekoppelt sind zum Umwandeln der primären Farbsignale in gammakorrigierte Farbsignale, wobei diese Gammakorrekturmittel einen Regeleingang aufweisen zur Gammaregelung in Antwort auf ein dem Regeleingang zugeführtes Gammaregelsignal,
- - Mitteln zum Erzeugen des genannten Gammaregelsignals,
- - einer Matrixschaltung zum Herleiten eines gammakorrigierten Leuchtdichteanteils und von gammakorrigierten Farbartanteilen aus den gammakorrigierten Farbsignalen und nach der Erfindung weist eine derartige Kamera das Kennzeichen auf, daß eine Farbkorrekturschaltung vorgesehen ist zum in Antwort auf das Gammaregelsignal Ändern des Verhältnisses der primären Farbsignale untereinander entweder vor oder hinter den Gammakorrekturmitteln.
- Auf entsprechende Weise wie bei der Biidwiedergabeanordnung kann eine sehr einfache Farbkorrektur erhalten werden, wenn die erfindungsgemaße Kamera weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß die Farbkorrekturschaltung eine regelbare Verstarkeranordnung aufweist zur Regelung der Amplitude der von der Matrixschaltung gelieferten gammakorrigierten Farbartanteile in Antwort auf das Gammaregelsignal, wobei eine Verringerung des Gammas mit einer zwangsläufigen Zunahme der genannten Amplitude einhergeht.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Farbbildwiedergabeanordnung,
- Fig. 2 und 3 Diagramme zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung,
- Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Gammakorrekturelementes zum Gebrauch in einer Gammakorrekturanordnung, wie in Fig. 1 dargestellt, und
- Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Farbkamera.
- Die Farbbildwiedergabeanordnung nach Fig. 1 hat drei Eingänge I&sub1;, I&sub2; und I&sub3; für die Signale Y', R'-Y' bzw. B'-Y'. Bekanntlich ist Y' gleich 0,30 R' + 0,59 G' + 0,11 B', wobei R', G' und B' die in der Kamera gammakorrigierten primären Farbsignale R, G bzw. B darstellen. Y' ist folglich der gammakorrigierte Leuchtdichteanteil und R'-Y' und B'-Y' sind die gammakorrigierten Farbartanteile des Farbfernsehsignals. Die Eingänge 12 und 13 sind mit den Eingängen A&sub1; bzw. A&sub2; eines Verstarkers A mit den Ausgängen A&sub3; und A&sub4;. Der Eingang 11 und die Ausgänge A&sub3; und A&sub4; des Verstärkers A sind mit den Eingängen M&sub1;, M&sub2; bzw. M&sub3; einer Matrixschaltung M verbunden.
- Es wird vorausgesetzt, daß der Verstärker A die Signale ohne Verstärkung durchläßt, so daß den Eingängen M&sub1;, M&sub2; und M&sub3; der Matrixschaltung die Signale Y', R'-Y' bzw. B'-Y' zugeführt werden. Die Matrixschaltung M ist auf bekannte Art und Weise eingerichtet um die drei Eingangssignale Y', R'-Y' und B'-Y' in die Signale R', G' bzw, B' umzuwandeln, die an den betreffenden Matrixausgängen M&sub4;, M&sub5; bzw. M&sub6; verfügbar sind. Diese Signale werden daraufhin Eingängen C&sub1;, C&sub2; und C&sub3; einer veränderlichen Gammaschaltung C zugeführt, deren Ausgänge C&sub4;, C&sub5; und C&sub6; mit Eingängen D&sub1;, D&sub2; bzw. D&sub3; eines Farbbildwiedergabeschirms, beispielsweise einer Elektronenstrahlröhre oder eines LCD-Schirms, verbunden sind.
- Die Signale R', G' und B' sind in der Kamera durch Gammavorkorrektur γc aus den primären Farbsignalen R, 6 und B hergeleitet, so daß gilt: R' = Rγc, G' = Gγc und B' = Bγc. Im allgemeinen wird für γc etwa ein Wert 1/2,2 eingehalten. Diese Gammavorkorrektur dient dazu, wenigstens teilweise das Gamma (γd) des Wiedergabeschirms auszugleichen. Dieses beträgt bei Elektronenstrahlröhren etwa 2,8 und bei LCD-Wiedergabeschirmen etwa 3,3. Das gesamte Gamma γt von aufgenommenem Bild bis zum wiedergegebenen Bild ist γc*γd = 2,8/2,2 = 1,27 für Elektronenstrahlröhren und 3,3/2,2 = 1,5 für LCD-Schirme.
- Wie in Fig. 1 dargestellt, ist eine veränderliche Gammaanordnung C vor dem Wiedergabeschirm D geschaltet. Diese Anordnung bewirkt für jedes primäre Farbsignal ein zusätzliches und veränderliches Gamma γv, das beispielsweise zwischen 0,4 und 1 variieren kann. Damit wird das gesamte Gamma γt = γc*γv*γd variabel zwischen den Grenzen 0,4*2,8/2,2 = 0,51 und 1*2,8/2,2 = 1,27.
- Fig 2 zeigt den Effekt der jeweiligen Gammas auf das Signal. Diese Figur zeigt bei Anwendung eines reinen exponentiellen Gammas den Zusammenhang zwischen einem Eingangssignal Vein und einem Ausgangssignal Vaus = Veinγ für verschiedene Werte von γ./ Wenn Vein und Vaus Videosignale darstellen mit Vein = 0 für den Schwarzpegel und Vein = 1 für den Weißpegel, stellt es sich heraus, daß das Ausgangs signal für Schwarz sowie für Weiß unabhängig von yauf Schwarz bzw. Weiß liegen bleibt. Eine Verringerung von γ nach beispielsweise 0,5 führt jedoch zu einer Expansion der niedrigeren (dunklen) Videosignalpegel und zu einer Kompression der höheren (helleren) Videosignalpegel, während außerdem der mittlere Signalpegel zunimmt, so daß das Bild insgesamt heller wird. Wenn der Gebraucher insbesondere mehr Einzel heiten in den dunklen Gebieten des Bildes wünscht, wird er das Gamma verringern, wobei Schwarz- und Weißpegel bei einer Zunahme der mittleren Helligkeit beibehalten werden. Wenn er die helleren Bildteile detaillierter sehen möchte, wird er das Gamma erhöhen, was zu einer Verringerung der mittleren Helligkeit führt.
- Zur Gammaregelung ist die veränderliche Gammaschaltung C mit einem Gammaregeleingang Cc versehen, der an eine Regelsignalquelle B angeschlossen ist, die das Gammaregelsignal zu der Schaltung C liefert. In der Quelle B wird dieses Regelsignal auf übliche und nicht näher erläuterte Weise erzeugt, beispielsweise von Hand, ggf. durch die Fernsteuerung oder automatisch beispielsweise dadurch, daß die mittlere Helligkeit des eingetroffenen Videosignals gemessen wird, wie dies in der US-Patentschrift 4.489.349 beschrieben ist.
- Wie bereits erwähnt, stellt es sich heraus, daß die Gammaregelung mit unerwünschten Farbverschiebungen einhergeht. Dies ist in Fig. 3a näher erläutert, in der auf bekannte Weise in einer u'v'-Farbtafel nach der CIE-1976-Norm die Farbverschiebungen dargestellt sind, die bei Änderung des gesamten Gammas γt von 1 nach 0,51 stattfinden. Die Pfeile in dieser Tafel bezeichnen die Farbverschiebungen, die durch Gammaregelung auftreten. Es ist klar, daß dadurch wesentliche Farbverschiebungen, namentlich auch in dem Bereich (etwa mitten zwischen den Rot-, Grün- und Weiß- Punkten), wo die für Farbverschiebungen sehr empfindlichen Hautfarbtöne liegen.
- Um dies zu kompensieren ist in den Verbindungen der Eingänge 12, 13 zu den Matrixeingängen M&sub2; bzw. M&sub3; der Regelversi;.rker A vorgesehen, der die Farbartanteile R'-Y' bzw. B'-Y' derart verstärkt, daß an dem Ausgang A&sub3; das verstärkte R'- Y'-Signal δ(R'-Y') und an dem Ausgang A&sub4; das verstärkte B'-Y'-Signal δ(B'-Y') auftritt. Der Verstärker A hat einen Regeleingang Ac, über den der Verstärkungsfaktor δ regelbar ist und der dasselbe Gammaregelsignal, oder ein davon abgeleitetes Regelsignal von der Quelle B erhält. Die Regelung des Verstärkers A ist dabei derart, daß bei einer Abnahme des Gammas in der Anordnung C der Verstärkungsfaktor δund folglich die Amplitude der der Matrixschaltung zugeführten Farbartanteile R'-Y' und B'-Y' zunimmt. Für eine optimale Kompensation der auftretenden Farbverschiebungen bei einer Verringerung des gesamten Gammas nach 0,51, muß der Verstärkungsfaktor δ des Verstärkers A bis etwa 1,5 zunehmen. Die dabei noch restlichen Farbverschiebungen sind in Fig. 3b dargestellt. Wie aus dieser Fig. hervorgeht, wird eine nahezu einwandfreie Korrektur in dem wichtigen Hautfarbe-Bereich erzielt, und zwar mit einer einfachen Regelung, wobei die beiden Farbartanteile R'-Y' und B'-Y' in gleichem Ausmaß verstärkt werden. Es sei außerdem bemerkt, daß diese Farbkorrekturregelung sich darin von üblichen Farbsättigungsregelungen unterscheidet, daß dabei eine Dämpfung der Farbartanteile stattfindet, während bei der vorgeschlagenen Farbkorrektur zugleich Verstärkung dieser Anteile erfolgt.
- Die regelbare Gammakorrekturschaltung C besteht aus drei regelbaren Gammaschaltungen, für jedes Farbsignal eine. Eine etwaige Ausführungsform ist in Fig. 4 dargestellt. Das Eingangssignal wird dabei über eine Klemmschaltung CL einem festen Gammakorrekturelement GC zugeführt, das ein Gamma von beispielsweise 0,4 hat. Das Gammakorrekturelement GC kann als bekanntes Gammakorrekturelement ausgebildet sein, das der gewünschten exponentiellen Kurve in dem betreffenden Signalbereich ausreichend annähert. Das Ausgangssignal des Gammakorrekturelementes wird über eine erste Pufferstufe BU&sub1; der Oberseite eines einstellbaren elektronischen Potentiometers P zugeführt. Das Signal der Klemmschaltung wird zugleich über eine zweite Pufferstufe BU&sub2; der Unterseite des elektronischen Potentiometers P zugeführt. Der Schleifer des Potentiometers bildet das Ausgangssignal des regelbaren Gammakorrekturelementes. Wenn der Schleifer in der oberen Lage steht, ist das Ausgangssignal etwa gleich Vein0,4 und wenn der Schleifer in der unteren Lage steht, ist das Ausgangssignal gleich Vein. In den Zwischenlagen des Schleifers hat das Ausgangssignal annähernd ein von der Schleiferlage abhängiges Gamma zwischen 0,4 und 1.
- Auf entsprechende Weise wie in Fig. 1 für eine Farbbildwiedergabeanordnung dargestellt, ist es möglich, die Erfindung bei einer Kamera anzuwenden. Dies ist in Fig. 5 dargestellt.
- Eine Sensoranordnung 5 liefert einer Gamma-Vorkorrekturanordnung C, mit einem Regeleingang C'c zur Gammaregelung der Anordnung C' primäre Farbsignal R, G und B. Diese Eingangssignale R, G, B werden dabei in gammakorrigierte primäre Farbsignale R', G' bzw. B' umgewandelt, für die gilt: R' = Rγc, G' - Gγc und B' = Bγc und wobei Y' den regelbaren bzw. einstellbaren Gammaexponenten der Anordnung C' darstellt.
- Die Ausgangssignale R', G' und B' der Anordnung C' werden daraufhin einer Matrixschaltung M' zugeführt, in der diese Signale in einen gammakorrigierten Leuchtdichteanteil Y' und in gammakorrigierte Farbartanteile R'-Y' und B'-Y' umgewandelt werden. Die beiden Farbartanteile werden daraufhin in einem regelbaren Verstärker A' mit einem Regeleingang A'c in der Amplitude geregelt und die beiden Ausgangssignal dieses Verstärkers werden zusammen mit dem Leuchtdichteanteil Y' auf bekannte (und nicht näher angegebene) Art und Weise zur übertragung zu Wiedergabeanordnungen verarbeitet.
- Auf entsprechende Weise wie in Fig. 1 werden die regelbare Gammakorrekturschaltung C' und der regelbare Verstärker A' gemeinsam an ihren betreffenden Regeleingängen C' bzw. A'c durch eine Regelsignalquelle B' derart geregelt, daß Durch die Gammaregelung der Schaltung C' verursachte Farbverschiebungen durch die Regelung des Verstärkers A' weitgehend kompensiert werden. Ebenso wie bei der Bildwiedergabeanordnung soll bei abnehmendem Gamma die verstärkung der gammakorrigierten Farbartanteile erhöht werden.
- Es sei bemerkt, daß die Farbkorrekturschaltung auf andere Weise ausgebildet werden kann als anhand der Fig. 1 bzw. 5 beschrieben ist. Der regelbare Verstärkungsfaktor δ kann beispielsweise für die Signale R'-Y' und B'-Y' etwas abweichen. Auch ist es möglich, daß die Farbkorrektur an den Ausgangssignalen der Matrixschaltung M oder an den Eingangssignalen der Matrixschaltung M' wirksam sind. In dem fall ist für eine einwandfreie Korrektur nicht nur eine regelbare Verstärkung, sondern auch eine weitere Signalmatrizierung erforderlich. So kann beispielsweise in Fig. 1 dieselbe Farbkorrektur erhalten werden wenn, statt des regelbaren Verstärkers A, die Ausgangssignale R', G' und B' der Matrixschaltung M in geregelte Signale δR', δG' und δB' umgewandelt werden und daraufhin zu diesen Signalen ein geregeltes Leuchtdichtesignal (1-δ)Y' addiert wird. Auch wenn die Farbkorrekturschaltung hinter der regelbaren Gammaschaltung C, oder vor der regelbaren Gammaschaltung C' vorgesehen wird, wird es sich im allgemeinen herausstellen, daß eine zusätzliche Signalmatrizierung erforderlich ist.
Claims (4)
1. Farbbildwiedergabeanordnung mit den nachfolgenden Elementen:
- Mitteln zum Empfangen eines Farb-Videosignals, das aus einem
gammakorrigierten Leuchtdichteanteil und gammakorrigierten Farbartanteilen besteht,
- einer Matrixschaltung zum Herleiten gammakorrigierter primärer Farbsignale
aus den zugeführten gammakorrigierten Leuchtdichte- und Farbartanteilen,
- Gammakorrekturmitteln, die zur Gammaanderung der primären Farbsignale mit
der Matrixschaltung gekoppelt sind, wobei diese Gammakorrekturmittel einen
Regeleingang aufweisen zur Gammaregelung der primären Farbsignale in Antwort auf ein
dem Regeleingang zugeführtes Gammaregelsignal,
- Mitteln zum Erzeugen des genannten Gammaregelsignals und
- einem Farbbildwiedergabeschirm, der mit den Gammakorrekturmitteln
gekoppelt ist zum Wiedergeben des durch die gammakorrigierten Farbsignale dargestellten
Farbbildes,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Farbkorrekturschaltung vorgesehen ist zum in
Antwort auf das Gammakorrektursignal Ändern des Verhältnisses der primären
Farbsignale untereinander entweder vor oder hinter den Gammakorrekturmitteln.
2. Farbbildwiedergabeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Farbkorrekturschaltung eine regelbare Verstärkeranordnung aufweist zur
Regelung der Amplitude der der Matrixschaltung zugeführten gammakorrigierten
Farbartanteile in Antwort auf das Gammaregelsignal, wobei eine Verringerung des
Gammas mit einer zwangsläufigen Zunahme der genannten Amplitude einhergeht.
3. Farbkamera mit:
- einer Sensoranordnung zum Umwandeln eines Farbbildes in eine Anzahl primärer
Farbsignale,
- Gammakorrekturmitteln, die mit der Sensoranordnung gekoppelt sind zum Umwandeln
der primären Farbsignale in gammakorrigierte Farbsignale, wobei diese
Gammakorrekturmittel einen Regeleingang aufweisen zur Gammaregelung in Antwort auf ein dem
Regeleingang zugeführtes Gammaregelsignal,
- Mitteln zum Erzeugen des genannten Gammaregelsignals,
- einer Matrixschaltung zum Herleiten eines gammakorrigierten Leuchtdichteanteils und
von gammakorrigierten Farbartanteilen aus den gammakorrigierten Farbsignalen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Farbkorrekturschaltung vorgesehen ist zum in
Antwort auf das Gammaregelsignal Ändern des Verhältnisses der primären Farbsignale
untereinander entweder vor oder hinter den Gammakorrekturmitteln.
4. Farbkamera nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Farbkorrekturschaltung eine regelbare verstärkeranordnung aufweist zur Regelung der
Amplitude der von der Matrixschaltung gelieferten gammakorrigierten Farbartanteile in
Antwort auf das Gammaregelsignal, wobei eine Verringerung des Gammas mit einer
zwangsläufigen Zunahme der genannten Amplitude einhergeht.
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