DE2532358A1

DE2532358A1 - Video-schwellwerteinrichtung

Info

Publication number: DE2532358A1
Application number: DE19752532358
Authority: DE
Inventors: Melvin George Wilson
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-08-09
Filing date: 1975-07-19
Publication date: 1976-02-19
Also published as: IT1039027B; FR2281680B1; JPS541531B2; GB1468624A; US3912943A; JPS5141924A; BR7505040A; FR2281680A1; CA1048157A

Description

ööblingen, den 15· Juli 1975

'Anmelderin: International Business Machines

I Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

!Aktenzeichen der Anmelderin: RO 974 013

IVideo-Schwellwerteinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Video-Schwellwerteinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei vielen Anwendungen, beispielsweise im Fall von beleggesteuerten Maschinen, müssen analoge Videosignale in Digitalsignale umgesetzt werden, deren Wert einmal einer "weißen" Farbe auf einem abgetasteten Gegenstand und zum andern einer "schwarzen" Farbe entspricht.

Die Video-Signalamplituden eines Abtasters können dabei stark schwanken, so beispielsweise durch Flecken oder "Rauschen" auf dem abgetasteten Gegenstand infolge von Verschmutzung, Unterschiede der Druckqualität, des Umgebungslichts usw. Es wurden deshalb Systeme entwickelt, um den Wert des Videosignals entsprechend einem variablen Schwellwertpegel umzusetzen. Im allgemeinen verfolgt ein Folgeschaltkreis die maximalen bzw. minimalen Impulsspitzen des Videosignals und leitet daraus einen Schwellwert ab, der gleich irgendeinem Bruchteil des Unterschieds zwischen diesen beiden ist. Solche Schwellwerteinrichtungen lassen sich so konstruieren, daß sie einer Spitzensignaländerung in einer Richtung schnell folgen, in einer anderen Richtung jedoch nur beträchtlich langsamer. Wird beispielsweise angenommen, daß "Weiß" durch große Amplituden und "Schwarz" durch geringe Amplituden dargestellt ist, so kann eine Folgeeinrichtung für Weiß das weiße !Spitzensignal schnell erhöhen, wenn das Videosignal dieses Spit-

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zensignal übersteigt; geht das Videosignal auf schwarz zurück, so nimmt das Spitzensignal nur sehr langsam ab.

Die Farben Weiß und Schwarz haben im Normalfall als solche keine Bedeutung. Der Untergrund eines abgetasteten Musters wird im allgemeinen als "weiß" bezeichnet und zwar unabhängig von seiner tatsächlichen Farbe, während das Muster selbst als "schwarz" bezeichnet wird. In einigen Fällen sind jedoch die weißen und schwarzen Gebiete für das Muster bedeutsam. In einem Abtastgerät für die Symbole des universellen Warencodes (UPC) werden die Ziffern beispielsweise durch die relativen Breiten von schwarzen und weißen Gebieten bzw. Balken in einem Etikett dargestellt, das auf einen Gegenstand aufgedruckt oder daran befestigt ist. Es ist deshalb von großer Bedeutung, den Schwellwert des Videosignals so einzustellen, daß diese relativen Längen so genau wie möglich erhalten bleiben.

Während des Entwurfs eines optischen Lesers für den Warencode wurde eine bisher unbeachtete Erscheinung festgestellt. Es schien, als ob der Leser Opfer einer optischen Täuschung wäre, da die Schwellwerteinrichtung immer wieder die Breite von schmalen weißen Balken verringerte, während schwarze Balken mit exakt der gleichen Breite von der Schwellwerteinrichtung richtig bearbeitet wurden. Diese Erscheinung wurde als "Schrumpfeffekt weißer Balkenmuster" bezeichnet; er führte in einer Anzahl von Testfällen zu fehlerhafter Decodierung. Die genaue Ursache dieser Erscheinung ist zwar nicht bekannt, doch wird vermutet, daß sie sich aus einer Veränderung der , tiefe ergibt, bei der die Reflexionen im Etikett stattfinden. Auf weißes oder farbiges Papier auffallendes Licht wird im allgemeinen ; ;nicht vollständig an dessen Oberfläche reflektiert. Das Licht j dringt in das Papier ein und verschiedene Anteile der Lichtquelle | werden in verschiedener Tiefe innerhalb des Papiers reflektiert.

jDurch schwarze oder farbige Tinte werden die Reflexionen vermindert !da zumin-dest ein Teil des auffallenden Lichts absorbiert wird. Die jTinte kann dabei das Licht sowohl beim ersten Auftreffen auf die

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Tinte als auch bei der Rückkehr nach dem Durchgang durch die Tinte und nach Reflexion innerhalb des Papiers absorbieren. Für verschiedene Tintenarten kann eine oder beide dieser Absorptionsmechanismen den überwiegenden Beitrag leisten.

Der Schrumpfeffekt weißer Balkenmuster scheint dann aufzutreten, wenn relativ undurchsichtige Tinte zusammen mit normalweißem Papier verwendet wird, das relativ durchlässig ist. Das von den mit Tinte bedeckten Gebieten reflektierte Licht hängt im wesentlichen von den Charakteristiken der Tinte ab; das vom Papier reflektierte Licht wird hingegen sowohl durch die Papiereigenschaften als auch durch das Vorhandensein von mit Tinte bedeckten benachbarten Gebieten bestimmt, da ein Teil des Lichtes, welches auf einen weißen Bereich des Papiers fällt, unter die Tinte gerät und absorbiert wird. Für breite weiße Gebiete oder Balken stellen diese Reflexionsanteile nur einen sehr kleinen Anteil der Gesamtreflexion aus dem ganzen weißen Balken dar. Bei engen weißen Balken kann es jedoch vorkommen, daß ein beträchtlicher Teil des auffallenden Lichts unter den benachbarten Tintengebieten verlorengeht. Ein schmaler Balken kann somit schmaler und dunkler erscheinen als er tatsächlich ist.

Mit den üblicherweise verwendeten Verfahren konnte dieses Problem nicht in zufriedenstellender Weise gelöst werden. Schmale weiße Balken werden durch die Schwellwerteinrichtung oft in einem Maß verzerrt, daß der Etikettecode zurückgewiesen oder falsch erkannt wird. In einigen Fällen wurden schmale Balken vollkommen ausgelassen. Der Schrumpfeffekt konnte mit keiner normalen Sehwellwerteinrichtung behoben werden.

Die vorliegende Erfindung stellt sich damit die Aufgabe, diesen | Nachteil des Standes der Technik zu beheben und eine Schwellwert- !

einrichtung anzugeben, die insbesondere auch für schmale Balken-

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muster verwendbar ist. Außerdem soll die Einrichtung einfach und kostengünstig ausgestaltet sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichnete Erfindung gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Im wesentlichen schlägt die Erfindung vor, eine Video-Schwellwerteinrichtung zu benutzen, in welcher die Pegel des Videosignals sowohl verzögert als auch gegeneinander versetzt werden, un in der ein Spitzenwert des Videosignals gespeichert ist. Wenn das Videosignal eine im voraus bestimmte Beziehung zu dem verzögerten und versetzten Signal aufweist, (größer oder kleiner, entsprechend der gewählten Signalpolaritäten), so erfährt der Schwellwert, der von dem Spitzensignal abgeleitet ist, eine rasche Änderung in Richtung der Amplitude des Videosignals. Dies kann dadurch erfolgerji, daß das Spitzensignal selbst geändert wird. Durch Vergleich des Schwellwerts mit einem Signal, das mit dem Videosignal in Beziehung steht, beispielsweise einem verzögerten Videosignal, wird dann ein binäres digitales Ausgangssignal erzeugt.

Die schnelle Änderung des Schwellwerts erfolgt oft nur in einer einzigen Richtung. Mit der vorliegenden Erfindung können jedoch auch Fehler aufgrund von beschränkten Videobandbreiten kompensiert werden. Es ist deshalb wünschenswert, den Schwellwert auch in der entgegengesetzten Richtung schnell veränderbar zu machen, wenn das Videosignal in einer bestimmten Beziehung zu einem anderen verzögerten und versetzten Signal steht.

Die Erfindung bietet die Vorteile einer beträchtlichen Reduzierung der Zurückweisung durch die zugehörige Leseeinrichtung. Bei Verwendung von kleinen Warenetiketten beispielsweise wurde die Zurückweisungsrate allein durch Einbau der Erfindung um einen Faktor 6 herabgesetzt.

Ein Ausführungabeispiel der Erfindung wird nun anhand von Zeich-

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222

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! nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. ι ein Blockdiagramm eines Lesers für einen optischen Code

Fig. 2 Wellenzüge zur Erläuterung der Arbeitsweise der

Erfindung

Fig. 3 die schematische Darstellung der verwendeten

Schaltkreise

Fig. 4 einen Schaltkreis für einen "weißen Sprung",

i einen Schaltkreis für einen "schwarzen Sprung".

: Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Lesers 100 für einen Balkencode , in dem die Erfindung eingebaut ist. Ein Lichtstrahl 101 eines Lasers 102 tastet einen codierten Gegenstand 103 mittels j eines oszillierenden Ablenksystems 104 ab. Ein Photovervielfa-

I eher (PMT) 105 setzt die diffusen Reflexionen am Gegenstand

}in analoge Vidosignale um, die ihrerseits durch einen üblichen !Verstärker 106 verstärkt werden. Der Vervielfacher PMT 105 wird vorzugsweise mit geringer Verstärkung betrieben, um damit seinen Anodenstrom bei extremer Umweltbeleuchtung zu beschränken.Der Verstärker 106 soll vorzugsweise bei niederen Frequenzen eine relativ geringe Verstärkung aufweisen, um damit den Einfluß von sich änderndem Umgebungslicht und des 120-Hertz-Rauschens zu vermindern .

Der Zweck der Schwellwerteinrichtung 107 besteht in der Umsetzung dieser verstärkten Signale in ein binäres Signal, dessen aufeinanderfolgende Werte anzeigen, ob der codierte Gegenstand in den nacheinander vom Strahl 101 durchlaufenen Gebieten "schwarz" oder "weiß" ist. Zu diesem Zweck leitet die Schwellwerteinrichtung 107 aus dem analogen Videosignal ein Signal "weiße Spitze" ab, welches dem maximalen Videosignal folgt. Die

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Einheit 107 leitet weiterhin ein ähnliches Signal "schwarze !Spitze" ab, welches dem Minimum des Videosignals folgt. (In ^diesem Ausftihrungsbeispiel erfolgte die Zuordnung willkürlich !so, daß weiße Signale ein positiveres Signal als schwarze Si-'gnale aufweisen.) Ein Schwellwertsignal, das gleich der Hälfte ides Unterschiedes zwischen der weißen und der schwarzen Spitzen- !signale ist, wird dann mit dem Videosignal verglichen. Ist das !Videosignal positiver als das Schwellwertsignal, so liefert die Einheit 107 ein Digitalsignal, dessen Pegel den weißen Codebalken auf dem Gegenstand 103 entspricht, bzw. der Farbe des Untergrunds; im anderen Fall wird ein Signal erzeugt, das schwarzen Codebalken entspricht.

Das digitale Ausgangssignal der Schwellwerteinrichtung 107 wird !von der Auswahllogik IO8 verwendet, um festzustellen, wann ein Code-Etikette abgetastet wird. Diese Einheit mißt die Längen der weißen und schwarzen Signalpegel, ausgedrückt in festen Zeitinteryallen, und stellt fest, ob eine vorherbestimmte Serie von Zeitverhältnissen zwischen aufeinanderfolgenden Pegeln vorliegt. Wird eine ordnungsgemäße Serie festgestellt, so werden diese Signele im ι

ί I

Decodierer 109 in einen Standarddigitalcode umgesetzt. Das Ausgangs signal des Decodierers 109 kann dann beispielsweise einem Speicher, jeinem Anzeigegerät, einer Steuereinheit für Terminals oder einer batenverarbeitungsanlage (die nicht gezeichnet ist) zur weiteren Verwendung zugeleitet werden.

?ig. 2 zeigt die Arbeitsweise der Schwellwerteinrichtung IO7 und swar sowohl unter normalen Bedingungen als auch bei Vorhandensein sines schrumpfenden weißen Balkens. Im obersten Satz 200 der dargestellten Wellenformen bezeichnet die Bezugszahl 211 das ursprüngliche Videosignal des Verstärkers 106 in Fig. 1. Die Welle 212 ist nit der Wellenform 211 identisch, abgesehen von einer geringen Verzögerung und einer geringen Versetzung im absoluten Pegelwert ?ür die Zwecke der vorliegenden Erfindung bestehen die wesentlichen Merkmale der Wellenformen 200 in den Intervallen 213, 214 und

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215, während deren das verzögerte und versetzte Videosignal 212 eine geringere Amplitude besitzt als das Originalvideosignal 211. Der Impuls 216 zeigt einen geschrumpften weißen Balken an, dessen Amplitude beträchtlich kleiner ist als diejenige der anderen breiteren Balken.

In der Weilengruppe 220 ist das Signal "weiße Spitze" mit 221 bezeichnet, das Signal "schwarze Spitze" mit 222. Das nichtverzögerte Videosignal 211 ist zum Vergleich gestrichelt bezeichnet. Für weit auseinanderliegende Codebalken liegt das Signal "weiße !Spitze 221" auf gleicher Ebene wie die weißen Amplituden des Videosignals 211 und geht nur langsam zurück, wie beispielsweise bei |223, wenn das Signal 211 den schwarzen Wert annimmt. Trifft ein ; weiteres weißes Videosignal ein, so steigt das Signal 221 schnell j an, um seine höchste Amplitude zu erreichen, beispielsweise bei j 224. Der Abfall des Signals 221 beim Punkt 223 ist in Fig. 2 über- | trieben gezeichnet. Unter tatsächlichen Verhältnissen beträgt ! beine Zeitkonstante ungefähr das Fünffache des erwarteten Ab- j Standes zwischen relativ breiten Impulsen. j

Wenn die weiße Spitze 221 ihre Langzeitkonstante auch hinter einem |

I j

geschrumpften weißen Balken 216 beibehalten würde, wie es durch ; jlie gestrichelte Linie 225 angedeutet ist, könnte eine davon ab- J iSeleitete Schwelle teilweise oder insgesamt über der Amplitude dieses Balkens liegen. Das Signal 221 führt deshalb einen schnellen "weißen Sprung" bei 226 durch und zwar so lange, bis es die Amplitude 227 des Impulses 216 erreicht. Es folgt dann der oberen Begrenzung des Impulses 216 und nimmt langsam ab, bis es durch die Anstiegsflanke des nächsten weißen Impulses aufgefangen wird. Das Signal 221 folgt dann diesem Impuls bis zu seinem höchsten Wert entsprechend bei 224.

Das Signal "schwarze Spitze" 222 folgt dem Minimum des nicht verzögerten Videosignals 211. Das Signal 222 fällt auch langsam ab, dies jedoch in einer nach oben gerichteten oder positiven Rich-

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tung entsprechend der Andeutung bei 228. Wenn das Signal 222 durch die abfallende Kante eines schwarzen Impulses abgefangen wird, folgt es. diesem nach unten entsprechend der Darstellung bei 229. Die Wellenzüge 221 und 222 sind leicht übertrieben dargestellt, um ihre Beziehung zur Wellenform 211 klarer hervortreten zulassen.

Die Wellenform 230 zeigt ein Schwellwertsignal 231, dessen Amplitude 50%. der momentanen Differenz zwischen dem Signal "weiße Spitze 221" und dem Signal "schwarze Spitze 222" ist. Es könnte auch ein anderer Prozentsatz gewählt werden oder sogar eine andere Punktion der Signale 221 und 222. Die Differenz 1/2 wurde ausgewählt, da die Breiten, sowohl der schwarzen als auch der weißen Codegebiete in dem UPC-Warencode bedeutsam sind. Der Schwellwert 231 wird mit dem aus dem ursprünglichen Videosignal abgeleiteten Signal 232 verglichen. Dieses Signal ist bezüglich des ursprünglichen Videosignals 211 ebenso wie das ignal 212 verzögert*.-es i_st jedoch nicht amplitudenmäßig versetzt, ie Verzögerung des Signals 232 wird zweckmäßigerweise gleich groß emacht wie diejenige des Signals 211; es dient dazu, die unvermeid liehen Laufzeitunterschiede in den Schaltkreisen zur Erzeugung des Schwellwert 231, unschädlich zu machen.

3er Schwellwert 231 fällt im Punkt 233 als Folge des bei 226 gezeigten "weißen Sprungs" schnell ab. Seine Amplitude liegt ilso bei 235 längs der ganzen Breite unter dem Wert des verzögeren geschrumpften,weißen Balkens 234. Ohne den Effekt des weißen prungs läge der langsam abfallende Teil 236 des Schwellwerts ?31 teilweise oder ganz über dem Balken 234. Trotz des geringen chwellwerts bei 235 führt der schnelle Anstieg des Signals "weiße Spitze" 221 beim nächsten weißen Balken dazu, daß der Schwellwert in genügender Weise erhöht wird, um die ansteigende Kante des verzögerten Bildsignals 232 bei ungefähr 50£ seiner Sesamthöhe in der gewünschten Weise abzufangen.

Die zweiwertige digitale Ausgangswellenform 230 ergibt sich aus

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dem Vergleich der Amplituden des Schwellwerts 231 und des verzögerten Videosignals 232. übersteigt das verzögerte Videosignal den Schwellwert, so erhält die Wellenform 230 einen konstanten positiven Wert und zeigt damit Weiß an, so beispielsweise im Punkt 231. übersteigt dagegen der Schwellwert das verzögerte Videosignal, so ergibt sich wie bei 232 ein Wert Null und damit Schwarz. Die Linie 233 zeigt einen Teil eines weißen Ausgangssignals, welches bei Abwesenheit des weißen Sprungs am Punkt 226 fälschlicherweise als schwarz klassifiziert würde.

Fig. 3 zeigt iin schematischer Weise ein Schaltkreisdiagramm 300 zur Verfolgung der weißen und schwarzen Spitzen eines Videosignals, die beide langsam abfallen. Der Schaltkreis 300 erzeugt weiterhin das Schwellwertsignal und vergleicht es mit dem Video-

; signal, um damit das digitale Ausgangssignal zu erzeugen.

Der Schaltkreis 300 empfängt das Videosignal 211, Fig. 2 aus dem Verstärker 206, Fig. 1 an seiner Eingangsklemme 301. Ein konventioneller Verzögerungsschaltkreis 302 liefert das verzöger- j te Videosignal 232, Fig. 2. Die Verzögerung liegt typischerweise in der Größenordnung 200 Nanosekunden (nsec). Der Ausgang der Verzögerung 302 wird an einen Eingang 303 des Diskriminators 304 gelegt; außerdem ist er an der Ausgangsklemme 305 von außen zugänglich. Die Transistoren Q31 und Q32 bilden einen Differenzverstärker mit dem Rückkopplungsfaktor 1, und zwar infolge der Kollektor-Basisverbindung von Q32. Die Basis von Q31 ist direkt mit dem nichtverzögerten Videosignal der Klemme 301 verbunder}, sein Kollektor ist direkt mit der Versorgungsspannung +V an er Klemme 306 verbunden. Der Kollektor von Q32 ist über den Ladewiderstand R3I und eine Diode D31 zur Spannungsanglexchung an die Versorgungsspannung gelegt. Mit den Emittern von Q31 und Q32 ist eine Kapazität C31 zur Speicherung von weißen (positiven) Spitzenspannungen verbunden. Die Transistoren Q33 und Q34 bilden eine gesteuerte Stromquelle zur Erzeugung des erwähnten langsamen Abfalls in der weißen Spitzenspannung, die auf C31 gespeichert

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ist. Wie bekannt, sollten Q33 und Q34 angepaßte Vbe-Spannungsabfälle besitzen, wenn sie als genaue Stromquelle arbeiten sollen. Diese Quelle wird durch den PNP-Transistor Q35 gesteuert, dessen Basis mit dem Ausgang von Q32 verbunden ist. Die Versorgungsspannung wird dem Emitter des Steuertransistors Q35 über den Widerstand R32 zugeführt.

Die Transistoren Q36 und Q37 arbeiten als zweiter Differentialverstärker mit Verstärkung Eins,Die Basis von Q36 empfängt das Videosignal von der Klemme 301. Die Emitter von Q36 und Q37 sind mit der Kapazität C32 zur Speicherung von schwarzen (negativen) Spitzenspannungen verbunden. Die Kollektor-Basis-Verbindung von Q37 ist über den Widerstand R33 und die Anpassungsdiode D32 mit der Versorgungsspannung (d.h. Masse) verbunden. Der Transistor Q38 und der Widerstand R34 ergeben den langsamen Abfall für die Kapazität C32 der schwarzen Spitze. Da die schwarzen

Spitzen durch negative Spannungen dargestellt sind, fällt die Spannung auf C32 nach oben ab und nicht nach unten wie im Fall von C31. Der Betrag des Abfallstromes durch Q38 wird durch den Steuertransistor Q39 bestimmt, dessen Basis mit dem Ausgang des Differenzverstärkertransistors Q37 verbunden ist. Der Kollektor von Q39 ist mit der Versorgungs spannung +V über den Widerstand R35 und die Kompensationsdiode D33 verbunden; sein Emitter ist it Masse über R36 verbunden.

|Die Spannungen für "weiße Spitze" und "schwarze Spitze" der Kollektoren von Q32, bzw. Q37 werden an entgegengesetzten Klemmen des !eilungspotentiometers R37 gegeben. Die Anzapfung von R37 besitzt infolgedessen eine Spannung, die gleich einem vorbestimmten Bruchteil des Unterschieds zwischen den weißen und schwarzen Spitzensignalen ist, die auf den Kapazitäten C31 und C32 gespeichert sind. In der hier betrachteten Anwendung wird die Anzapfung von R 37 vorzugsweise auf die Mitteleinstellung gesetzt, so daß äie Schwellwertspannung, die als Bezugseingang 307 des Diskriminators 304 angelegt wird, 50£ des Unterschieds zwischen den

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Spitzensignalen beträgt. Die Einheit 304 stellt einen konventionellen Diskriminator zur Erzeugung eines zweiwertigen Ausigangssignals auf der Leitung 308 dar. Dieses Signal (230 in Fig. 2) besitzt einen konstanten hohen Wert (beispielsweise 231), wenn das verzögerte Videosignal am Eingang 303 das als Bezugssignal 307 angelegte Schwellwertsignal (231 in Fig. 2) !übersteigt; im anderen Fall ist der Ausgang null (232 in Fig. 2). !Die Ausgangsleitung 308 ist mit der Ausgangslogik 108 in Fig. !verbunden.

IDer Strom durch R37 in Fig. 3 ist proportional zur Amplitude I des Videosignals am Eingang 301. Der Emitterstrom von Q32 stellt !die Differenz zwischen diesem Strom und dem Strom durch R31 dar. Der Entladestrom von C31 ist damit gleich der Differenz zwischen diesen beiden Strömen und dem Kollektorstrom von Q33. Wenn der Kollektorstrom von Q33 gleich dem Strom in R31 für alle Pegelwerte der schwarzen Spitzen gemacht wird, so ist das Abklingen der in C31 enthaltenen Spannung für weiße Spitzen proportional zur Amplitude des Videosignals; dies stellt für viele Anwendungen eine wünschenswerte Eigenschaft dar. Der Kollektorstrom Q33 wird von Q35 abgeleitet, dessen Basisstrom durch die Kollektorspannung von Q32 gesteuert wird. Wird R31 gleich R32 gemacht, so ist der Strom durch R31 gleich dem Kollektorstrom von Q33 innerhalb von der V_be~Anpassung zwischen Q33 und Q34 und zwar unabhängig vom absoluten Pegel der weißen Spitzenspannung von Q32. Ist in ähnlicher Weise R34 = R35 und R33 = R36 gewählt, so ist der Kollektorstrom von Q37 gleich dem Ladestrom für C32 aus dem Kollektor von Q38. Die Ladegeschwindigkeit von C32 ist damit proportional zur Amplitude des Videosignals und zwar unabhängig von dem Pegel der schwarzen Spitzenspannung des Ausgangs von Q37.

Der Schaltkreis 300 liefert damit eine in C31 gespeicherte und durch Q32 ausgegebene weiße Spitzenspannung. Die weiße Spitze !steigt schnell an, um positiven Abweichungen des Videosignals zu folgen, wie es bei 224 in Fig. 2 gezeigt ist. Nimmt das Videosi-

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gnal jedoch ab, so entnimmt Q33 der Kapazität C31 Strom, um deren Spannung langsamer herabzusetzen und zwar mit einer Geschwindigkeit, die proportional zur Amplitude des Videosignals ist. Umgekehrt fällt die schwarze Spitzenspannung, die auf C32 gespeichert und durch Q37 ausgegeben wird, schnell, um negativen Abweichungen des Videosignals zu folgen, wie z.B. bei Punkt 229· Nimmt das Videosignal in Richtung Weiß zu, wie beim Punkt 228, so liefert Q38 Strom an C32, um dessen Spannung langsam und mit einer zur Videoamplitude proportionalen Geschwindigkeit heraufzusetzen. Die Abklinggeschwindigkeiten können für die schwarzen und weißen Spitzensignale verschieden sein; für die hier betrachteten Umstände sind sie jedoch ungefähr gleich. Die Verbindungen der Klemmen 309 und 310 werden anhand der folgenden Beschreibung der Figuren 4 und 5 erläutert.

Fig. 4 zeigt einen Schaltkreis 400, der zusammen mit dem Schaltjkreis 300 in Fig. 3 den bei 226 in Fig. 2 dargestellten, weißen Sprung erzeugt. Das nicht veränderte Videosignal wird an der Klemme 301 empfangen (die Bezeichnung entspricht der in Fig. 3). Dieses Signal wird einer Seite eines Spannungsdiskriminators mit [den Transistoren Q4l und Q42 zugeführt. Die andere Seite dieses t>iskrimininators empfängt das verzögerte Videosignal über die lemme 305, Fig. 3. Die erforderliche Amplitudenversetzung, die für das Signal 212 in Fig. 2 dargestellt ist, wird durch die Spannungsteilerwiderstände R4l und R42 geliefert. R43 ist ein Ladewiderstand für den Ausgang des Diskriminators. Die Klemme 401 liefert eine positive Versorgungsspannung für diese und die übrigen Transistoren der Schaltung 400.

Die Transistoren Q43 und Q44 sowie die Widerstände R44, R45 und R46 stellen eine herkömmliche konstante Stromquelle für diesen Diskriminator dar. Die V, -Spannungsabfälle von Q43 und Q44 sollten angepaßt sein. Die Widerstände R45 und R46 dienen zur Egalisierung der Ströme durch Q43 und Q44. Die Kollektorspannung von

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Q42 entspricht ungefähr der Versorgungsspannung, wenn das verzögerte und versetzte Videosignal an der Basis von Q4l das ursprüngliche Videosignal bei 301 übersteigt. Diese Spannung nimmt während der Intervalle 213 bis 215 in Fig. 2 ab.

Die Transistoren Q45 und Q46 bilden einen weiteren Diskriminator, der das Videosignal der Klemme 301 mit einer Eingangsspannung auf der Leitung 309 vergleicht. V/enn die Spannung auf 309 unter die Videospannung sinkt, wird Q45 stark leitend und erzeugt so einen starken Spannungsabfall im Widerstand R47. Dadurch wird der Steuertransistor Q47 ausgeschaltet, der bis dahin durch die herabgesetzte Kollektorspannung von Q42 angesetzt war. Die Transistoren Q44 und Q48 stellen eine Quelle konstanten Stroms für den zweiten Diskriminator Q45 und Q46 dar. Da Q48 keinen Emitterwiderstand besitzt, ist dieser Strom ungefähr das Doppelte des Emitterstroms im Paar Q41-Q42. Die Transistoren Q49 und Q410 stellen eine Quelle konstanten Stroms dar, !die Strom über die Klemme 309 abgibt, wenn Q47 leitet. Da Q4lO einen Emitterwiderstand R48 aufweist, Q49 jedoch nicht, ist jder Strom durch Q49 mehrere Male (vorzugsweise 10 bis 20 mal) jso groß wie der Strom durch den Transistor Q4l0.

Der Transistor Q47 bewirkt somit die Abgabe eines großen Stroms, !ungefähr 30 mA, in die Klemme 309 und zwar immer dann, wenn die jVideoamplitude an der Klemme 301 das versetzte und verzögerte !Videosignal an der Basis von Q4l übersteigt. Dieser Strom wird !jedoch ausgeschaltet, sobald die weiße Spitzenspannung auf den Pegel des Videosignals verringert wird. Die Stromquelle besitzt eine relativ große Amplitude, um damit die weiße Spitzenspannung schnell herabzusetzen. Diese Wellenformen sind in Pig. 2 unter kien Bezugszahlen 211 und 212 dargestellt. Der Steuertransistor Q47 sollte theoretisch vom Beginn der Zeitabschnitte 213 bis 215 Strom an 309 abgeben. Infolge der endlichen Verzögerungen innerhalb des Schaltkreises 400 beginnt der tatsächliche Strom jedoch erst zu einem späteren Zeitpunkt zu fließen, so wie es

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durch die Verzögerung zwischen dem Beginn des Intervalls 214 in Fig. 2 und dem nach unten gerichteten Sprung 226 angedeutet ist.

Die unmittelbare Ursache für den Sprung 226 ist die Verbindung zwischen den Klemmen 309 in den Figuren 3 und 4. Wird Q49 stark leitend gemacht, so wird der Kapazität C31 in Fig. 3 für die weiße Spitzenspannung ein starker Strom entnommen. Dadurch sinkt die weiße Spitzenspannung, die an den Widerstand R37 angelegt wird, schnell ab und setzt dadurch den Schwellwert schnell herab, entsprechend der Darstellung am Punkt 233 in Fig. 2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ändert sich die Schwelle sehr schnell Infolge der sich ändernden Spitzenspannung. Es ist aber ebenso Tiöglich, den Schaltkreis 300 so abzuändern, daß der Schaltkreis E¹Ur den "weißen Sprung" den Schwellwert direkt ändert, wobei die opitzenspannung selbst sich ändern kann oder auch nicht. In den upäter liegenden Zeitabschnitten der Intervalle 213 und 215 ist ler Schaltkreis 400 nicht aktiv. Da die Spitze 221 an diesen Punkten schon den Pegel des Videosignals 211 erreicht hat, kann der Schaltkreis 400 die Spannung an C31 nicht weiter herabsetzen; an diesen Stellen ergeben sich also keine weiteren Sprünge. I

Fig. 5 stellt einen Schaltkreis 500 dar, in dem ein komplementärer "schwarzer Sprung"-Effekt erzeugt wird. Die Transistoren Q51 bis Q56 und Q58, sowie die Widerstände R51 bis R56 arbeiten in der gleichen Weise, wie es für die entsprechenden Komponenten Q4l bis Q46, Q48 und R4l bis R46 von.Fig. 4 beschrieben wurde. Der Betrieb des Schaltkreises 500 kann verstanden werden, wenn alle in Fig. 2 gezeigten Wellenformen 200 einfach umgekehrt werden. Beispielsweise wird das verzögerte Videosignal im Fall des "schwarzen Sprungs" unter das Videosignal 211 versetzt. Damit wird über die Klemme 301 das Videosignal in den Spannungsteiler R51-R52 eingegeben und das verzögerte Videosignal gelangt an den rechten Eingang des Diskriminators, der aus Q51 und Q52 besteht. 3a nun die Intervalle mit Potentialsprüngen dann auftreten, wenn äas verzögerte und versetzte Videosignal das ursprüngliche Video-

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signal übersteigt, leitet Q52 unter dieser Bedingung, um den Steu- j ertransistor Q59 einzuschalten. Dieser Transistor bleibt solange | leitend bis Q56 leitend wird, wodurch angezeigt wird, daß die Ausgangsspannung an der Klemme 310 bis zum Wert der Videoamplitude | an der Klemme 301 angestiegen ist. Der resultierende Spannungsabfall durch R57 schaltet dann Q59 aus.

Ist Q59 leitend,so schaltet der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand R58 den Transistor Q510 ein, der einen Strom an die j Klemme 310 abgibt. Der Widerstand R59 begrenzt nur die Dissipation in Q510. Der von Q510 gelieferte Strom für diese Klemme erhöht rapide die schwarze Spitzenspannung, die auf C32 gespeichert ist. Wie im früheren Fall, tritt infolge der endlichen Verzögerungen im Schaltkreis 500 eine Verschiebung zwischen dem tatsächlichen Effekt "schwarzer Sprung" und dem genauen Überschneidungspunkt der Signale auf.

Wenn keine "schwarze Sprünge" notwendig sind, kann der Schaltkreis 500 bei der Realisierung der Erfindung einfach entfallen. Sind andererseits nur "schwarze Sprünge" erwünscht, oder sind die Polaritäten der weißen und schwarzen Signale nach Pig. 2 umgekehrt, so kann der Schaltkreis 500 verwendet werden und da- j für der Schaltkreis 400 entfallen. Schwarze und weiße Sprünge sind zwar aus vollkommen verschiedenen Gründen wünschenswert, doch erscheint es gegenwärtig vorteilhaft, sowohl den Schaltkreis 400 als auch den Schaltkreis 500 mit einzubeziehen.

Im folgenden sind repräsentative Werte für die Komponenten der Schaltkreise 300, 400 und 500 angegeben. Widerstandswerte sind in 0hm gegeben, Kapazitätswerte in Mikrofarad.

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C31=.OO3

C32=.OO3

R31=12OO

R32=12OO

R33=17OO

R34=1OOO

R35=1OOO

R36=17OO

R37=2OOO

R4l=39OOO

R42=3OOO

R43=l6OO

R44=15OOO

R45=33

R46=33

R47=68O

R48=68

R52=39OOO

R51=3OOO

R53=16OO

R54=15OOO

R55=33

R56=33

R57=68O

R58=1OOO

R59=7OO

RO 974 Ü13

609808/0708

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Schwellwerteinrichtung zur Umsetzung eines analogen Videosignals in ein zweiwertiges digitales Ausgangssignal, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile:

a) eine Verzögerungseinrichtung (302, Fig. 2) zur Erzeugung eines gegenüber dem ursprünglichen Videosignal (211, Fig. 2) verzögerten Signals (212);

b) eine Verschiebeeinrichtung (R4l, R42, Fig. 4) zur Versetzung des verzögerten Signals gegenüber der Amplitude des ursprünglichen Signals;

d) eine Folgeeinrichtung (C31, C32, Q31-Q39, Fig. 3) zur Speicherung eines oder zweier Spannungswerte entsprechend dem Spitzenausschlag des Videosignals in einer oder beiden Richtungen;

d) eine Teilungseinrichtung (R37> Fig. 3) zur Erzeugung eines einstellbaren Schwellwertsignals aus dem Spitzenspannungssignal ;

e) eine Sprungeinrichtung ("weiße Sprünge", 400, Fig. 4) zur schnellen Änderung der Amplitude des Schwellwertsignals in Richtung der Amplitude des Videosignals sobald das Videosignal und das versetzte verzögerte Signal in einer vorbestimmten gegenseitigen Beziehung stehen;

f) einen Diskriminator (304, Fig. 3) zur Erzeugung eines ersten Ausgangssignals (231) für den Fall, daß das gegenüber dem ursprünglichen Videosignal verzögerte Signal de:i Schwellwert überschreitet und eines zweiten Ausgangssignals (232) für den Fall, daß der Schwellwert nicht überschritten wird.

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2. Schwellwerteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprungeinrichtung folgende Bestandteile aufweist:

a) einen ersten Diskriminator (Q4l, Q¹Jl, Fig. 4) zum Vergleich des Videosignals (301) und des daraus abgeleiteten versetzten und verzögerten Signals (Klemme 305);

b) einen zweiten Diskriminator (Q45, Q46) zum Vergleich des Videosignals und des Spitzenspannungssignals (Klemme 309)

c) eine mit den beiden Diskriminatoren und der Polgeeinrichtung verbundene gesteuerte Stromquelle (Q47, Q49_a Q 410) zur schnellen Änderung des Spitzenspannungssignals (C3I) für den Fall, daß das Videosignal in einer vorgegebenen Beziehung zu dem verzögerten versetzten Signal steht.
3· Schwellwerteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Stromquelle folgende Bestandteile umfaßt:

a) eine mit der Folgeeinrichtung verbundene Quelle konstanten Stroms (Q49, Q410);

b) einen Steuertransistor (Q47) zur Aktivierung der Quelle konstanten Stroms, wobei der Steuertransistor eine erste, mit dem ersten Diskriminator (Q421) verbundene Elektrode

und eine zweite, mit dem zweiten Diskriminator (Q45) ver-{ bundene Elektrode aufweist.
4. Schwellwerteinrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle aktiviert wird, wenn sowohl das Videosignal (Klemme 301) das versetzte verzögerte Signal (Klemme 305) übersteigt und das "weiße" Spitzenspannungssignal (Klemme 309) das Videosignal übersteigt.

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5. Schwellwerteinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß neben oder anstelle der Sprungeinrichtung (400) für "weiße Sprünge" eine zweite Sprungeinrichtung (500, Fig. 5) für "schwarze Sprünge" vorgesehen ist, mit im wesentlichen identischem Aufbau,| jedoch betrieben mit umgekehrter relativer Lage des Video- ! signals bezüglich des verzögerten Signals, und daß die zwei-[ te Sprungeinrichtung aktiviert wird, wenn sowohl das verzö- '■ gerte Signal (Klemme 305) das Videosignal (Klemme 301) ; übersteigt und das Videosignal das "schwärze"Spitzenspannungssignal (Klemme 310) übersteigt.
6. Schwellwerteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folgeeinrichtung Änderungen der Spitze des Videosignals in Richtung der einen Polarität schneller folgt als in der anderen.
7. Schwellwerteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die langsame Änderung des Spitzensignals proportional zur Amplitude des Videosignals erfolgt.
8. Schwellwerteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungseinrichtung den Schwellwert als einen vorbestimmten Bruchteil des Unterschiedes zwischen dem weißen und dem schwarzen Spitzenspannungssignal erzeugt..

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