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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen die Reduktion des Videomoiré und im
Besonderen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum adaptiven Defokussieren
der Elektronenstrahlgröße in Abhängigkeit vom
eingehenden Videoformat.
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2. Beschreibung des bisherigen
Stands der Technik
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Moiré ist ein
gebräuchliches
Wort für
Muster, die wie Wellen auf Wasser aussehen. Ein Beispiel in der
Realität
ist die Interferenz zwischen zwei Geländern auf einer Brücke. Moiré erscheint,
wenn zwei Abtastverfahren nicht miteinander übereinstimmen und kein ausreichendes
Filtern (Interpolation/Dezimierung) vorhanden ist.
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Die
Beschreibung von Moiré in
Monitoren ist komplex. Der Ursprung liegt im nicht korrelierten
Abtastverfahren zwischen dem Videoformat an der elektrischen Seite
und dem zweidimensionalen Abtasten durch die Schattenmaske an der
mechanischoptischen Seite. Zusätzlich
sind die Abtastzeilenfrequenz und ihre höheren Oberschwingungen, wenn sie
mit der Schattenmaske interferieren, für so genannten Abtastzeilenmoiré verantwortlich.
Abtastzeilenmoiré ist
am meisten bemerkbar, wenn der Bildinhalt eine konstante Luminanz
und keine Bilddetails aufweist.
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Obgleich
Videoformate mit hoher Auflösung und
hoher Monitorbandbreite für
scharfe und detaillierte Bilder wünschenswert sind, nimmt die
Sichtbarkeit von Moiré gewöhnlich mit
beiden davon zu. Das Reduzieren von Abtastzeilenmoiré ist durch
Beeinflussen der Form und Breite des Elektronenstrahls selbst möglich, aber
leider ist die Reduktion von Moiré durch dieses Verfahren und
die Erhaltung der Auflösung
ein Widerspruch.
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Für Standardmonitore,
wo eine feste horizontale und vertikale Abtastfrequenz vorhanden
ist, wird die Beseitigung von Moiré durch Auswählen eines
geeigneten Mask-Pitch (Maskenabtastfrequenz ~ 1/Mask-Pitch) in den
horizontalen und vertikalen Richtungen erreicht. Dies ist für Multisync-Monitore mit
hoher Auflösung,
die große
Bildschirme haben, die imstande sind, verschiedene Videografikformate anzuzeigen,
nicht möglich.
Diese Monitore sind für die
Videoformate mit den höchsten
Auflösungen
für einen
Elektronenstrahl, der eine sehr kleine Punktgröße hat, optimiert. In diesen
Monitortypen, wird Moiré,
sogar wenn die Punktgröße ausgewählt wird, um
die Reduktion von Moiré für das Videoformat
mit hoher Auflösung
zu optimieren, immer noch bei Videoformaten mit niedrigerer Auflösung erscheinen. Auch
kann, wenn in Betracht gezogen wird, dass es dem Kunden erlaubt
wird, die Fenstergröße um ungefähr 15% zu
verändern,
was die Distanz zwischen den Pixeln ändert, kein optimaler Pitch
für verschiedene
Abtastbetriebsarten gefunden werden.
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EPA
707,300 beschreibt einen Moirédetektor zum
Steuern der Elektronenstrahlgröße in diesen Multisync-Monitoren.
Einer seiner Hauptkomponenten ist ein adaptiver Bandpassfilter.
Die Mittelfrequenz des Bandpassfilters wird an eine Moiréfrequenz
angepasst. In dem Fall, in dem das eingehende Videosignal die Moiréfrequenz
aufweist, oder, in dem feine Details im Videobild vorhanden sind,
die zur Moiréfrequenz
passen, wird der Elektronenstrahl defokussiert, wodurch Auflösung im
Videobild verloren wird.
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EP-A-0,707,418
offenbart eine Rasterdemodulationsvorrichtung für eine Kathodenstrahlanzeige mit
Rasterabtastung, die Steuermittel zum Variieren der Form eines abgetasteten
Elektronenstrahlpunkts umfasst, der durch die Anzeige in Abhängigkeit
von der Rasterzeilendichte eines auf der Anzeige angezeigten Bildes
abgetastet wird. Da die Form des Elektronenstrahlpunkts in Abhängigkeit
von der Rasterzeilendichte variiert wird, kann Rastermodulation
auf unter einen bemerkbaren Pegel reduziert werden, ohne die Gesamtbildqualität zu beeinträchtigen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der Erfindung den Konflikt zwischen gesteigerter
Auflösung
und gesteigertem Moiré durch
Verwendung einer videosignaladaptiven Elektronenstrahl-Punktgröße zu vermeiden.
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Primäre Aspekte
der Erfindung sind in den unabhängigen
Ansprüchen
definiert. Die abhängigen Ansprüche definieren
vorteilhafte Ausführungsformen.
In diesen Ansprüchen
schließt
das Wort „umfasst" nicht das Vorhandensein
von anderen Elementen, als diejenigen, die in den Ansprüchen genannt werden,
aus.
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Vorzugsweise
wird die Punktgröße für eingehende
Videoformate mit hoher Auflösung
erhöht, wenn
die Bildbereiche einen Bildinhalt mit niedriger Auflösung haben, wobei
jedoch die kleine Punktgröße für die Bildbereiche
beibehalten wird, die einen Bildinhalt mit hoher Auflösung haben.
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Vorzugsweise
wird Moiré mit
einem minimalen Verlust an Auflösung
oder Schärfe
reduziert.
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Vorzugsweise
wird Moiré reduziert,
ohne, dass Feedback vom Monitor oder die Verwendung von adaptiven
Bandpassfiltern erforderlich ist.
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Vorzugsweise
kann die Moiréreduktion
auf verschiedenen aktiven Anzeigengrößen und Bildschirm-Pitchgrößen verwendet
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Für ein vollständigeres
Verständnis
der Erfindung wird auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen:
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1a zeigt
ein Blockdiagramm einer videoformatadaptiven Strahlgrößensteuerung;
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1b zeigt
einen defokussierten Elektronenstrahl (große Punktgröße);
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1c zeigt
eine kleine fokussierte Elektronenstrahl-Punktgröße;
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2 zeigt
eine Ausführungsform
von einem Blockdiagramm einer kombinierten videoformat- und videosignaladaptiven
Strahlgrößenschaltung
gemäß der Erfindung;
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3 zeigt
die Komponenten eines Vertikaldetaildetektors;
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4A, 4B zeigen
ein Beispiel von einem Bild, das Teile mit hoher Auflösung und
Teile mit niedriger Auflösung
hat;
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5 zeigt
eine videoadaptive Fokussteuerung; und
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6 zeigt
eine videoadaptive Fokussteuerung mit besserem Gruppenlaufzeit-Ausgleich.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1a stellt
ein Blockdiagramm einer videoformatadaptiven Strahlgrößensteuerung
(10) gemäß der Erfindung
bildlich dar. Bei der Erfindung geht es um das Bestimmen der Auflösung des
eingehenden Videosignals und das Anpassen der Elektronenstrahl-Punktgröße gemäß dieser
Auflösung.
In einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird auch der Bildinhalt von einem Videosignal mit
hoher Auflösung
beim Bestimmen der Elektronenstrahl-Punktgröße in Betracht gezogen.
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Die
horizontalen (H) und vertikalen (V) Synchronimpulse des eingehenden
Videosignals V1 werden durch den Videoformat-Analyseblock 2 empfangen.
Der Video format-Analyseblock 2 berechnet die eingehende
Zeilenanzahl pro Videorahmen. Diese Zeilenanzahl kann durch Zählen der
horizontalen Synchronimpulse (H) während eines vertikalen Intervalls
(Rahmenanzeigezeit), das zwischen zwei vertikalen Synchronimpulsen
(V) gemessen wird, bestimmt werden. Wenn die Anzahl von Zeilen pro
Rahmen klein ist, wird das eingehende Videosignal V1 als ein Videosignal
mit niedriger Auflösung
betrachtet. Wenn die Anzahl von Zeilen pro Rahmen groß ist, wird
das eingehende Videosignal als ein Videosignal mit hoher Auflösung betrachtet.
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Da
die Elektronenstrahl-Punktgröße sich umgekehrt
proportional zum Moiré verhält, ist
es vorteilhaft, die Punktgröße groß zu halten,
wenn das eingehende Videosignal entweder eine niedrige Auflösung hat
oder, wenn die Auflösung
nicht von Belang ist. Wenn das eingehende Videosignal ein Videosignal
mit niedriger Auflösung
ist, verursacht die Fokussteuerung 4 das Defokussieren
des Elektronenstrahls 8 durch die Gitterspannungen 6.
Wie in 1b gezeigt, verursacht dieses
Defokussieren, dass die Punktgröße des Elektronenstrahls 8 größer wird
als der Mask-Pitch 12 (die Distanz zwischen den Löchern 13 auf
der Schattenmaske). Dieses Defokussieren reduziert den Moiré der Abtastzeile,
da die Punktbreite als ein Tiefpassfilter agiert und die Amplituden
von höheren
Oberschwingungen reduziert. Diese höheren Oberschwingen könnten mit
der Schattenmaske interferieren und Moiré verursachen.
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Im
Fall von einem eingehenden Videosignal mit hoher Auflösung ist
das Entfernen von Moiré komplizierter. 2 zeigt
ein Blockdiagramm von einer videoformat- und videosignaladaptiven
Strahlengrößenschaltung 20.
Die Grundidee dieser Ausführungsform
der Erfindung ist das Bereitstellen von einer scharfen und kleinen
Elektronenstrahlgröße nur in
Bildbereichen mit Bildinhalt mit hoher Auflösung. In Bereichen ohne feine
Details kann die Elektronenstrahlgröße ohne Nachteile defokussiert
werden. Die Viedeoformat-Analyseschaltung 2 ist mit einem
Multiplexer 22 verbunden, der, im Fall eines Videoformats
mit niedriger Auflösung
(LR), auf den Eingang „0" geschaltet wird,
was eine größere Punktgröße anzeigt.
Wie vorhergehend erklärt
verursacht die Fokussteuerung 4, wenn das eingehende Videosignal V1
von niedriger Auflösung
ist, bei den Gitterspannungen 6 das Erzeugen einer breiteren
Elektronenstrahlgröße. Es sollte
bemerkt werden, dass die Strahlengröße asymmetrisch sein kann,
wobei eine breitere (defokussierte) Elektronenstrahlgröße hauptsächlich in
der Vertikalrichtung erforderlich ist, um den Moiré der Abtastzeile
zu reduzieren.
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Wenn
ein Videosignal mit hoher Auflösung (HR)
ermittelt wird, ist der Multiplexer 22 mit einem Vertikaldetaildetektor 24 verbunden,
dessen Steuerung das Eingangsvideosignal zur Fokusgröße (Fokussteuerung 4)
des Elektronenstrahls dynamisch in Abhängigkeit vom Bildinhalt empfängt. Die
allgemeine Arbeit des Vertikaldetaildetektors 24 ist das
Ermitteln von vertikalen Übergängen im
Bild. Ein vertikaler Übergang
ist beispielsweise von schwarz zu weiß oder von weiß zu schwarz. 4A zeigt
ein Beispiel von einem Bild mit vertikalen Übergängen und die schraffierten
Teile von 4B zeigen die Positionen im
Bild, wo eine kleine Punktgröße verwendet
werden sollte; die nicht schraffierten Teile zeigen die Positionen,
wo eine große
Punktgröße verwendet
werden sollte. Wenn ein vertikaler Übergang ermittelt wird, bedeutet
dies, dass im Bild Details vorhanden sind, die unter Verwendung
des Formats mit hoher Auflösung
angezeigt werden sollten, was einer kleinen Elektronenstrahlgröße entspricht.
Wenn kein vertikaler Übergang
ermittelt wird, (d.h. ein Format mit niedriger Auflösung wird
ausreichen), ist der Elektronenstrahl defokussiert. Somit ist der
Elektronenstrahl, wenn der Bildinhalt von konstanter Luminanz und
geringem vertikalen Detail ist, defokussiert, und der Moiré der Abtastzeile
wird drastisch reduziert. (Die Verzögerung 26 in 2 gleicht
die Ausbreitungsverzögerung
vom Empfang des Videosignals zur Kanone und auch die Verzögerung während der Fokussteuerung
aus).
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Die
Schlüsselkomponenten
des Vertikaldetaildetektors 24 werden in 3 gezeigt.
Ein vertikaler Hochpassfilter 32 lässt hohe Raumfrequenzen passieren.
Hohe Raumfrequenzen entsprechen vertikalen Übergängen oder feinen Details. Im
Fall von einem vertikalen Übergang
sollte eine kleine Elektronenstrahl-Punktgröße alle Informationen bewahren. Niedrige
Raumfrequenzen (kein Vertikaldetail) können den Filter nicht passieren.
Wenn kein Vertikaldetail vorhanden ist (d.h. ein defokussierter
Elektronenstrahl), ist der Ausgang des Hochpassfilters null. Da ein
vertikaler Übergang
von beispielsweise schwarz zu weiß oder von weiß zu schwarz
erfolgt, ergibt dies einen negativen und beziehungsweise positiven
Ausgangswert vom Hochpassfilter 32. Für vertikale Übergänge ist
das Vorzeichen des Signals irrelevant und nur der Absolutwert ist
von Bedeutung. Das Erzeugen des Absolutwerts ist ein nichtlineares
Verfahren und wird durch den nichtlinearen (Absolutwert-)Verarbeitungsblock 34 bildlich
dargestellt. Der nichtlineare Verarbeitungsblock 34 kann
ferner eine Nachverarbeitung enthalten, von der Beispiele in den
nächsten
Figuren gezeigt werden. Somit ist der Ausgang F des Vertikaldetaildetektors 24 (2)
entweder ein positiver Wert oder „0". Wenn eine Null bereitgestellt wird,
stellt der Multiplexer 22 eine „0" für
die Fokussteuerung 4 bereit, was einen Zuwachs bei der Punktgröße anzeigt.
Wenn der Ausgang des Vertikaldetaildetektors 24 ein positiver
Wert ist, dann empfängt
die Fokussteuerung 4 diesen positiven Wert durch den Multiplexer 22 und
die Punktgröße wird
reduziert.
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5 zeigt
eine videoadaptive Fokussteuerung, wo der lineare Verarbeitungsblock 34 eine
weitere Verarbeitung umfasst. Ein vertikaler Hochpassfilter 32 besteht
aus einer Zeilenverzögerung 36 und
einem Subtrahierer (38, 45), der in diesem Beispiel
mittels eines Addierers 45 mit einem umgekehrten Eingang 38 ausgeführt ist.
Das eingehende Videosignal V1 wird vom verzögerten Signal subtrahiert und
mit dem Absolutwertblock 40 verbunden. Der nichtlineare
Funktionsblock 42 wandelt das eingehende Signal um, indem,
zum Beispiel, niedrige Amplituden unterdrückt oder große Amplituden
und Werte, die mit einer konstanten Verstärkung oder einer anderen nichtlinearen
Eigenschaft verarbeitet werden, eingeschränkt werden. Dies verursacht
das Unterdrücken von
sehr kleinen Übergängen während die
Schärfe von
anderen Übergängen beibehalten
wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird der Amplitudenbereich zwischen „0" und „1" normalisiert. Eine „0" zeigt keine Vertikaldetails
im Bild an und der Elektronenstrahl kann ohne Nachteile defokussiert
werden. Eine „1" zeigt einen vertikalen Übergang
oder ein Vertikaldetail an, weshalb der Elektronenstrahl fokussiert
werden sollte, um die Detailinformationen zu bewahren. Der Tiefpassfilter 44 beseitigt
einen typischen Nachteil einer solchen nichtlinearen Signalverarbeitung.
Ohne den Tiefpassfilter 44 erzeugt das schnelle Fokussieren und
Defokussieren künstliche
Bildfehler im Bild. Der Tiefpassfilter 44 stellt ein sanftes
Umschalten über mehr
als einen Pixel bereit, um diese zusätzlichen Bildfehler zu vermeiden.
Die Verzögerung 26 wird
in den Videosignalweg eingefügt,
um die horizontale Ausbreitung oder Gruppenlaufzeit T der videoadaptiven
Fokussteuerungsverarbeitung auszugleichen. Die Defokussierung sollte
mit dem Videosignal synchronisiert sein, um ein optimales Ergebnis
zu erhalten (d.h. die Ausbreitungsverzögerung des Videosignals sollte
gleich der Defokussierungsverzögerung sein).
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Der
vertikale Hochpassfilter 32, der nur eine Zeilenverzögerung 36 hat,
hat eine geometrische vertikale Gruppenlaufzeit von der Hälfte der
Distanz zwischen zwei Zeilen. Typischerweise ist die Videozeile,
die in die Zeilenverzögerung 36 eintritt,
oder der Ausgang der Zeilenverzögerung 36 mit
der Verzögerung 26 verbunden,
was einen Fehler in der vertikalen Gruppenlaufzeit um die Hälfte einer
Zeile zwischen dem Videosignal und dem Fokussignal verursacht. In
dieser Schaltung ist kein Ausgleich für vertikale Gruppenlaufzeit
möglich.
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6 beseitigt
diesen Nachteil dadurch, dass zwei Zeilenverzögerungen (60, 61)
T1 vorhanden sind. Mit den vorgeschlagenen
Koeffizienten 0.25, –0.5,
0.25 entspricht die vertikale Gruppenlaufzeit für den Filter exakt der vertikalen
Distanz von einer Zeile. Diese erste Zeilenverzögerung T1 (60)
wird auch für
die vertikale Verzögerung
des Videosignals verwendet, mit dem Vorteil minimierter Hardware-Kosten.
Die zusätzliche
Verzögerung
T (62) im Videosignalweg gleicht die horizontale Ausbreitungsverzögerung aus,
wodurch die Verzögerungen
der Signale F (Fokus) und VO (Video-Aus) synchronisiert werden.
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Nach
dem Hochpassfilter 32 kann eine Nachschlagtabelle (LUT) 56 zum
Erzeugen des Absolutwerts verwendet werden und sie wird zusätzliche
nichtlineare Funktionen enthalten. Die LUT 56 ersetzt den
Absolutwertblock 40 und den nichtlinearen Funktions- (Begrenzer,
Schwellenwert) Block 42. Die Ausgangswerte werden normalisiert
und liegen in einem Bereich von „0" bis „1". In diesem Beispiel erzeugen Eingangswerte,
die kleiner sind als der Schwellenwert Th einen Wert „0" am Ausgang, und Werte,
die über
dem Begrenzerwert Li liegen, erzeugen am Ausgang einen Wert „1". Der folgende Tiefpassfilter 44 mit
den Koeffizienten 0.25, 0.5, 0.25 hat einen Frequenzgang der cos2-Form.
Vorteile dieses Filters mit einer weichen Neigung zwischen Pass- und
Stoppband sind, dass kein Überschwingen
eingeführt
wird, dass eine konstante Gruppenlaufzeit vorhanden ist und die
Kosten der Hardware insgesamt gering sind.
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Es
wird daher gesehen, dass die vorhergehend dargelegten Aufgaben unter
denjenigen, die von der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich gemacht
werden, wirksam erfüllt
werden, und, da bestimmte Änderungen
beim Ausführen
des vorhergehenden Verfahrens und in der dargelegten Konstruktion
vorgenommen werden können,
ohne den Anwendungsbereich der Erfindung, wie sie durch die angefügten Ansprüche definiert
ist, zu verlassen, wird beabsichtigt, dass alle Gegenstände, die
in der vorhergehenden Beschreibung enthalten sind und in den begleitenden
Zeichnungen gezeigt werden, als veranschaulichend und nicht in einem
einschränkenden
Sinne zu interpretieren sind.