Brevet FR2583941A1 — publié le 19861226

CIRCUIT DE CONVERSION NUMERIQUE-ANALOGIQUE MUNI D'UNE REPONSE NON-LINEAIRE ET DISPOSITIF DE VISUALISATION A BALAYAGE CATHO- DIQUE EQUIPE D'UN TEL CIRCUIT. L'invention concerne un circuit de conversion numérique-analogique qui présente une réponse non-linéaire en fonction d'un code d'entrée constitué de p éléments-binaires Bp qui activent M étages de sortie du circuit de conversion qui agissent sur un sommateur qui délivre un signal de sor- tie selon des incréments répartis selon une échelle de poids binaires. L'invention concerne également un circuit de conversion numérique-analogique qui présente une réponse non- linéaire en fonction d'un code d'entrée constitué de p élé- ments-binaires Bp muni d'au moins une porte logique assurant une combinaison de certains éléments-binaires, les p éléments binaires activant une première partie des M étages de sortie du circuit de conversion qui agissent sur le signal de sortie, à l'aide d'un sommateur, selon des incréments répartis selon une échelle de poids binaires, les sorties des portes logiques activant la seconde partie des M étages de sortie qui agissent sur le signal de sortie à l'aide dudit sommateur. Elle concerne également un récepteur de télévi- sion ou un dispositif de visualisation graphique équipé d'un tel circuit, utilisés, en particulier, pour la restitution d'images synthétiques. Un circuit de ce type est décrit dans le brevet FR 2 417 901. Ce circuit vise à indiquer un moyen permettant de perfectionner l'échelle de gradation des gris d'un signal monochrome restitué à partir de signaux couleurs rouge (R), vert (V), bleu (B), en particulier pour améliorer le compor- tement aux faibles luminances. La combinaison des signaux cou- leurs R, V, B, pondérée par des coefficients, est donc trans- latée pour assurer la restitution d'une luminance plus élevée aux faibles luminances. Or, ce circuit ne traite pas la restitution d'échelle de couleurs monochromes pour chacun des signaux cou- leurs R, V, B, avec une restitution proportionnelle au code d'entrée. Ceci ne peut être assuré qu'en tenant compte du pa- ramètre appelé couramment "la courbe de gamma du tube", ce qui n'est pas l'objet de ce document. Un but de l'invention est donc de restituer des intensités lumineuses de couleurs monochromes variant linéai- rement avec un code binaire d'entrée relatif à l'intensité de chacune des couleurs R, V, B. Ceci nécessite de tenir compte de la courbe de "gamma" du tube. Un autre but de l'invention est de définir un circuit simple et d'un faible coût, dont la courbe de réponse constitue une approximation de l'inverse de la courbe de "gam- ma" du tube, et permettant une extension aisée du circuit de conversion en fonction du nombre p d'éléments binaires du code d'entrée. Un autre but de l'invention est de définir un circuit de conversion dont les variations du signal de sortie avec un code numérique d'entrée permettent d'approximer, à l'aide d'une suite de segments, des courbes présentant des pentes continûment croissantes ou continûment décroissantes. Pour cela l'invention telle que définie dans le préambule est remarquable en ce qu'elle possède des moyens de conversion assurant au signal de sortie une réponse non- linéaire segmentée, constituée d'une suite de segments de droite Sn de pente PSn de sorte que la pente de deux segments consécutifs est telle que PSn+l = PSn+APn o APn garde le même signe pour la totalité de la réponse non-linéaire segmentée. Elle est également remarquable en ce que les moyens de conversion comprennent: - un circuit de contrôle qui, à partir d'au moins un élé- ment binaire, délivre s signaux numériques de contrôle avec 's > 1, - un sélecteur, activé par les s signaux numériques de con- trôle, qui translate, en bloc, les k éléments binaires des poids les plus faibles vers k étages de sortie dudit circuit de conversion avec k Les s signaux numériques de contrôle, que délivre le circuit de contrôle, permettent de disposer de 2s transla- tions au niveau du sélecteur. Il est donc possible de disposer de 2s segments pour approximer une courbe. Le nombre maximal nécessaire d'étages de sortie est alors de (p+s) pour couvrir les 2s segments. Dans le cas o le circuit de conversion comprend des portes logiques qui agissent sur la seconde partie des M étages de sortie, il est possible d'effectuer globalement des décalages du niveau du signal de sortie qui viennent se super- poser à la segmentation en 2s segments-obtenue à l'aide des s signaux numériques de contrôle. Ces portes logiques activent un des M étages de sortie. Lorsque la porte logique est une porte OU il est pos- sible d'approximer des courbes pour lesquelles les variations de pente APn sont négatives. Lorsque la porte logique est une porte ET, il est possible d'approximer des courbes pour les- quelles les variations de pente àPn sont positives. L'invention trouve plus particulièrement son application dans l'approximation de l'inverse de la courbe de "gamma" d'un tube de visualisation à rayons cathodiques. Un tube de réception d'images en couleurs, du genre tube cathodique, possède une réponse de transfert, ten- sion de commande - luminance du luminophore, qui est non-li- néaire. Dans le cas d'un tube-couleur, trois canons à élec- trons traduisent les trois tensions de commande suivant une loi de la forme: Y = k. vy; o v est le signal de luminance de l'image, Y est la luminance et k une constante. Pour un tube-couleur les trois canons ont sensi- blement la même réponse avec un exposant se situant entre 1,5 et 3. Cette non-linéarité de la réponse demande que le signal de commande soit précorrigé en fournissant au récepteur de télévision ou au dispositif de visualisation graphique un si- gnal de luminance de la forme: v' = vl/Y. C'est cette correction, appliquée à chacun des trois canons des couleurs fondamentales R, V, B, qui est ef- fectuée par le circuit de conversion selon l'invention. Selon un mode préférentiel de l'invention, la courbe de "gamma" est approximée selon trois segments, dont les pentes décroissent lorsque la luminance augmente. Considérons le cas d'un code constitué de 4 élé- ments-binaires (p=4) avec les (p+2) étages constitués de sour- ces de courant réparties selon les poids binaires suivants: 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 et 1/4. Supposons qu'au code d'entrée 0000 corresponde une luminance nulle et au code d'entrée 1111 une luminance élevée. Pour assurer ces trois segments l'invention ef- fectue un multiplexage sur les 3 éléments-binaires de poids les plus faibles 81, B2, B3, à l'aide d'un sélecteur contrôlé par l'élémentbinaire de poids le plus fort B4: - B4 actionne la source de courant 1/2, - B3 actionne les sources de courant 1/4 ou 1/8, - B2 actionne les sources de courant 1/8 ou 1/16, - Bi actionne les sources de courant 1/16 ou 1/32. Ainsi lorsque B4 = 0: - B4 est inactif sur la source de courant 1/2, - B3 agit sur la source de courant 1/4, - B2 agit sur la source de courant 1/8, - B1 agit sur la source de courant 1/16. De même lorsque B4 = 1: - B4 est actif sur la source de courant 1/2, - B3 agit sur la source de courant 1/8, - 82 agit sur la source de courant 1/16, - 81 agit sur la source de courant 1/32. Pour assurer un accroissement de luminance aux faibles niveaux une porte logique OU reliée à 81, B2, 83, 84 agit sur une source de courant 1/4. Elle présente l'intérêt de permettre une bonne approximation de la courbe de "gamma" et d'exploiter la mise au point d'une source de courant nécessai- re par ailleurs. Cette valeur peut être modifiée et ne pas correspondre à un poids binaire. Avec un tel circuit de conversion on obtient une échelle monotone comme l'indique le tableau I. Elle constitue une approximation satisfaisante de la courbe de gamma d'un tube à rayons cathodiques classique. Code sortie (I) /32 12/32 14/32 /32 18/32 /32 22/32 24/32 /32 26/32 27/32 28/32 29/32 /32 31/32 TABLEAU I Un tel circuit de conversion numérique-analogique selon l'invention constitue une réalisation simple et économi- O /16 3/8 7/16 1/2 9/16 /8 11/16 3/4 /32 13/16 27/32 7/8 29/32 /16 31/32 que de l'invention. En opérant avec plus d'éléments-binaires, par exemple 5, donc 32 pas élémentaires, il est possible d'at- teindre une meilleure approximation de la courbe à approximer. Le circuit de contrôle peut aussi délivrer un plus grand nom- bre de signaux de contrôle pour activer le sélecteur et opérer des incréments ou des décréments de pentes bien en rapport avec la courbe. L'invention sera mieux comprise à l'aide des fi- gures suivantes, données à titre d'exemples non limitatifs qui représentent: figure 1: un schéma bloc représentant l'inven- tion dans le cas o le circuit de conversion ne comprend pas de portes logiques activant directement un étage de sortie. figure 2: un schéma bloc représentant l'inven- tion, dans le cas o le circuit de conversion comprend des portes logiques activant directement un étage de sortie, avec une représentation plus détaillée du sélecteur fournie dans le cas d'un code d'entrée à 5 éléments-binaires. figure 3: un schéma bloc d'une réalisation pré- férentielle de l'invention appliquée au cas de l'approximation de l'inverse d'une courbe de "gamma" d'un tube de visualisa- tion. figure 4: un schéma logique donnant un exemple de réalisation plus détaillé du sélecteur de la figure 3. figure 5: deux courbes indiquant l'une l'allure d'une courbe de gamma et l'autre l'approximation obtenue à l'aide du signal de sortie du circuit de conversion selon l'invention représentée sur la figure 3. figure 6: deux courbes indiquant l'allure du si- gnal de sortie du circuit de conversion selon l'invention re- présentée sur la figure 2 dans les cas o il existe et o il n'existe pas de portes logiques activant directement un étage de sortie. figure 7: un schéma bloc représentant l'inven- tion dans le cas de l'approximation d'une courbe dont les va- riations de pentes sont toujours positives. Sur la figure i est représenté un exemple de réa- lisation de l'invention avec p=4 éléments binaires stockés dans le registre 11. Il est relié d'une part au sélecteur 13 et au circuit de contrôle 14 qui délivre sur les connexions 16 les s signaux numériques de contrôle qui contrôlent le sélec- teur 13. Le sélecteur 13 et les moyens de contrôle 14 consti- tuent les moyens de conversion 18 caractérisant l'invention selon un premier mode de réalisation ne comprenant pas de por- tes logiques agissant directement sur les étages de sortie 12. Le sélecteur 13 est relié aux étages de sortie 12 au nombre de p+2S-1l dans l'exemple représenté. Ces étages de sortie 12 sont reliés au sommateur 15 qui délivre le signal de sortie du cir- cuit de conversion numérique analogique. Avec s signaux numé- riques de contrôle il est possible d'effectuer un découpage de la courbe du signal de sortie selon 2s segments. Le mécanisme de fonctionnement du sélecteur 13 est représenté plus en détail sur la figure 2, qui traite plus particulièrement du second mode de réalisation de l'invention, pour lequel en plus des moyens de conversion 18 précédents il existe des portes logiques agissant directement sur des étages de sorties reliés également au sommateur 15. Les moyens de contrôle 14 reçoivent les 5 élé- ments binaires du registre 11. Bl étant l'élément binaire de poids binaire le plus faible et B5 étant l'élément binaire de poids binaire le plus élevé. Avec 5 éléments binaires on dis- pose de 32 configurations possibles pour le code d'entrée. Les étages de sortie 12, reliés au sélecteur, sont déterminés pour délivrer des courants selon des poids binaires. Les moyens de contrôle 14 délivrent des signaux qui actionnent le sélecteur qui décale en bloc un certain nombre de sorties du registre 11 et les oriente vers les sources de courants disposées consécu- tivement selon un ordre croissant (ou décroissant) de poids binaires. Ces décalages, qui affectent certains ou tous les éléments binaires du registre 11, peuvent se repéter selon 2s combinaisons possibles. Selon l'allure de la courbe que l'on désire approximer il est possible de n'utiliser qu'une partie des 2s combinaisons possibles. Dans le cas de l'approximation d'une courbe de gamma d'un tube de visualisation à l'aide de 4 segments, dont les pentes varient selon des puissances de 2, le circuit de contrôle 14 délivre des signaux numériques de contrôle C1, C2, C3 tels que C1 = B4+B5, C2 = 85, C3 = 84.85 pour lesquels: - le symbole (+) représente la fonction logique OU - le symbole (.) représente la fonction logique ET - le symbole () représente la fonction logique "inversion". Lorsque les signaux Ci, C2 ou C3 sont à l'état logique "0" ils placent les commutateurs qu'ils contrôlent dans la position haute sur la figure 2. Ils les placent dans la position basse pour l'état logique "1". Les sorties du sé- lecteur activent les sources de courant suivantes: I, 21, 41, 81, 16I, 321, 641, 961, la valeur I étant l'incrément de cou- rant élémentaire. Il est possible de décaler en bloc le signal de sortie représentant la courbe segmentée. Ceci est réalisé à l'aide de une ou plusieurs portes logiques 20 qui activent une ou plusieurs sources de courant dont la valeur Id est dé- terminée par l'amplitude du décalage à obtenir. Une réalisation simplifiée avec un code d'entrée à 4 éléments binaires et une porte logique OU est représentée sur 12 figure 3 qui constitue un exemple préférentiel pour une réalisation économique de l'invention. Le registre 11 stocke les 4 éléments binaires du code d'entrée. Les 6 étages, qui incrémentent le signal de sortie, tous dans cet exemple selon des poids binaires, sont indiqués par le repère 12. Ils sont constitués de 6 généra- teurs de courants pondérés selon les valeurs suivantes: 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 et 1/4. Le sélecteur 13, contrôlé par l'élément binaire de poids le plus élevé 84, oriente en bloc B1, B2 et 83, à un moment donné, vers des sources de courant différentes, - B3 contrôle les sources de courant 1/4 ou 1/8 - 82 contrôle les sources de courant 1/8 ou 1/16 - B1 contrôle les sources de courant 1/16 ou 1/32. Une porte logique OU 14 reçoit Bi, B2, B3, B4 et délivre un signal qui contrôle une autre source de courant par exemple de valeur 1/4. L'élément binaire 84 contrôle la source de courant 1/2. Les sorties des 6 étages 12 sont réunies à un sommateur 15 qui totalise les différents courants de sorties et intervient sur les circuits adéquats du récepteur de télé- sion ou du dispositif de visualisation graphique. La figure 4 indique une représentation taillée d'un exemple de réalisation du sélecteur. comprend: - un inverseur 21 qui délivre un signal B4 inverse signal d'entrée 84. - une porte ET 22 qui reçoit 84 et B3 - une porte ET 23 qui reçoit 84 et 83 - une porte ET 24 qui reçoit 84 et 82 - une porte ET 25 qui reçoit 84 et 82 - une porte ET 26 qui reçoit B4 et B1 - une porte ET 27 qui reçoit 84 et 81 - une porte OU 28 qui reçoit les sorties des porte et 24 - une porte OU 29 qui reçoit les sorties des porte et 26. plus dé- Celui-ci du es ET 23 s ET 25 Les 6 étages formés des 6 sources de courant sont contrôlés de la manière suivante: - la source 1/2 est contrôlée par B4 - la source 1/4 est contrôlée par la sortie de la porte ET 22 - la source 1/8 est contrôlée par la sortie de la porte OU 28 - la source 1/16 est contrôlée par la sortie de la porte OU 29 - la source 1/32 est contrôlée par la sortie de la porte ET 27. Le signal de contrôle est constitué dans ce cas par l'élément binaire B4 ainsi que par son inverse B4 délivré par l'inverseur 21. Le sélecteur 13 est représenté sous la forme de portes logiques sur la figure 4. Mais selon la technologie utilisée, il est tout à fait possible à l'Homme de métier de les remplacer par de simples transistors dans le cas d'une technologie MOS. Les transistors agissent alors en élément de transmission toujours contrôlés par B4 ou B4. La figure 5 représente la courbe de réponse 31 du circuit de conversion selon l'invention dans le cas d'un code à 4 éléments-binaires. Elle constitue une très bonne approxi- mation de la courbe de "gamma" 32 d'un tube à rayons cathodi- ques représentée avec un coefficient y = 1,5. La figure 6 représente deux courbes de réponse du circuit de conversion selon l'invention dans le cas du circuit à 5 éléments binaires représenté sur la figure 2. La courbe 61 représente une approximation de la courbe de "gamma" à l'aide de 4 segments ayant des pentes décroissant à chaque fois d'une ppissance de 2. Elle correspond au schéma de la figure 2 dans lequel les portes logiques 20 n'existent pas et donc n'acti- vent pas de source de courant de valeur Id. La courbe 62 re- présente toujours une approximation par 4 segments de pentes décroissant à chaque fois d'une puissance de 2, mais avec en plus un premier segment à l'origine constituant un décalage de la courbe précédente 61. Ce décalage est obtenu dans ce cas à l'aide d'une porte logique OU à 5 entrées qui active la source de courant Id lorsque l'un des 5 éléments binaires d'entrée est à l'état logique 1. Le signal de sortie du circuit de con- version numérique-analogique, qui approxime une courbe de gam- ma d'un tube de visualisation, est adapté aux circuits habi- tuels d'un tube de visualisation à l'aide de circuits amplifi- cateurs habituels. ll Trois circuits de conversion du type de ceux dé- crits dans l'invention, vont traiter séparement les trois cou- leurs fondamentales rouge, vert, bleu d'un système de visuali- sation à tubes à rayons cathodiques conventionnels. On dispose ainsi pour chaque couleur de 16 niveaux de gradation de tein- te avec un code à 4 éléments-binaires qui peuvent aisément passer à 32, 64... niveaux de gradation en ajoutant 1, 2... éléments-binaires supplémentaires. Cette gradation dans les couleurs trouve son application dans la restitution d'images, en particulier celles de synthèse obtenues à l'aide de traite- ments informatiques. La restitution fidèle des images ainsi construites fait appel à une large étendue dans la gradation de l'intensité de chaque couleur. Le circuit de conversion, selon l'invention, reste d'une réalisation aisée même avec des codes d'entrée supérieurs à 4 éléments-binaires. Le circuit de conversion numérique-analogique qui vient d'être décrit peut être réalisé à l'aide d'un convertis- seur numérique-analogique classique muni du multiplexeur et de la porte OU. Préférentiellement, afin de réduire les coûts, tous ces éléments sont intégrés pour constituer un circuit de conversion unique. L'invention a été décrite pour approximer une courbe du type vl/y avec 1/Y 0,66. Il est possible d'appro- ximer une courbe du type v0 avec X = 1,5 à l'aide d'un circuit tout à fait équivalent. Il suffit par exemple selon la figure 7 de modifier la pondération des sources de courant des éta- ges de sortie 12. Le registre 11 fournit les éléments binai- res B1, B2, B3 au sélecteur 13, l'élément binaire 84 de poids binaire le plus élevé activant une source de courant de poids 1/4. Le sélecteur 13 est relié à des sources de courant de valeur 1/4, 1/8, 1/16, 1/32. Le sélecteur est contrOlé par l'élément binaire B4 et translate 81, B2, B3 selon deux confi- gurations possibles. Contrairement au circuit approximant vl/Y avec 1/Y = 0,66, la sélection décale B1, 82, 83 vers les sour- ces de courant de poids les plus faibles lorsque l'élément bi- naire B4 est à l'état logique O et vers les sources de cou- rant de poids les plus élevés dans le cas inverse. Une porte logique ET 14' reçoit les quatre éléments binaires et sa sor- tie actionne une source de courant de valeur 1/4. Cette valeur peut ne pas présenter une valeur selon un poids binaire. On obtient ainsi une approximation d'une courbe de type V8 avec B = 1,5 donc présentant une pente croissante Pn, soit une va- riation APn toujours positive. REVENDICATIONS: 1. Circuit de conversion numérique-analogique qui présente une réponse non-linéaire en fonction d'un code d'en- trée constitué de p éléments-binaires Bp qui activent M étages de sortie du circuit de conversion qui agissent sur un somma- teur qui délivre un signal de sortie selon des incréments ré- partis selon une échelle de poids binaires, caractérisé en ce qu'il possède des moyens de conversion assurant au signal de sortie une réponse non-linéaire segmentée, constituée d'une suite de segments de droite Sn de pente PSn de sorte que la pente de deux segments consécutifs est telle que PSn+l = PSn+ APn o APn garde le même signe pour la totalité de la réponse non-linéaire segmentée. 2. Circuit de conversion numérique-analogique qui présente une réponse non-linéaire en fonction d'un code d'en- trée constitué de p éléments-binaires Bp muni d'au moins une porte logique assurant une combinaison de certains éléments- binaires, les p éléments binaires activant une première par- tie des M étages de sortie du circuit de conversion qui agis- sent sur le signal de sortie, à l'aide d'un sommateur, selon des incréments répartis selon une échelle de poids binaires, les sorties des portes logiques activant la seconde partie des M étages de sortie qui agissent sur le signal de sortie à l'aide dudit sommateur, caractérisé en ce qu'il possède des moyens de conversion assurant au signal de sortie une réponse non-linéaire segmentée, constituée d'une suite de segments de droite Sri de pente PSn de sorte que la pente de deux segments consécutifs est telle que PSn+l = PSn+APn o APn garde le même signe pour la totalité de la réponse non-linéaire segmentée. 3. Circuit de conversion numérique-analogique selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de conversion comprennent: - un circuit de contrôle qui, à partir d'au moins un élé- ment binaire, délivre s signaux numériques de contrôle avec s > 1, - un sélecteur, activé par les s signaux numériques de con- trôle, qui translate, en bloc, les k éléments binaires des poids les plus faibles vers k étages de sortie dudit circuit de conversion avec k 4. Circuit de conversion numérique-analogique selon la revendication 3, dans la mesure o elle dépend de la reven- dication 2, dans lequel la porte logique est une porte OU, ca- ractéris6 en ce que les moyens de conversion assurent au si- gnal de sortie une réponse non-linéaire segmentée pour lequel les variations de pente APn sont négatives, approximant l'in- verse de la courbe de "gamma" d'un tube de visualisation à rayons cathodiques. 5. Circuit de conversion numérique-analogique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tube de visuali- sation à rayons cathodiques est un tube couleur, ledit circuit assurant le traitement de chacune des couleurs rouge, verte ou bleue du signal couleur. 6. Dispositif de visualisation graphique caractérisé en ce qu'il comprend au moins un circuit de conversion numéri- que-analogique selon une des revendications 4 ou 5. 7. Récepteur de télévision caractérisé en ce qu'il comprend au moins un circuit de conversion numérique-analogi- que selon une des revendications 4 ou 5. 8. Circuit de conversion numérique-analogique selon la revendication 3, dans la mesure o elle dépend de la reven- dication 2, dans lequel la porte logique est une porte ET, ca- ractérisé en ce que les variations de pente APn sont positi- ves.