CN1038093C - 响应显示图象之平均图象电平的非线性亮度信号处理器 - Google Patents

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Abstract

一种信号处理装置(43，44)，该装置响应视频输入信号(Y1)形成与输入信号线性相关的第一视频输出信号(Y4)和与视频输入信号呈非线性相关的第二视频输出信号(Y5)。第一组合电路(45)以预定比例组合第一和第二视频输出信号，以提供具有线性和非线性两种分量的第三视频输出信号(Y6)。第二组合装置(46)以代表图象电平的控制信号(VC)所确定的比例组合第二和第三视频输出信号，以在显示图象的所有平均图象电平上提供增加了对比度的已处理视频输出信号。

Description

响应显示图象之平均图象电平的非线性亮度信号处理器
本发明一般地涉及非线性的视频信号处理器，更具体地涉及响应已处理亮度信号之平均图象电平(APL)的非线性视频信号处理器，用以有效地增强显示图象的对比度。
在1991年3月26日授权予W.A.Lagoni，题为“包含自动对比度与白色扩展(white stretch)处理的动态视频系统”的美国专利5003394中，揭示了在电视系统中采用“白色扩展”处理单元的优点。白色扩展处理过程对高亮度幅度来说，强调或提升作为体现一显示图象的平均图象电平(APL)控制信号之函数的中等范围的亮度幅度，以增强显示图象的整体对比度。
在1989年8月25日由W.A Lagoni提出的已批准美国专利申请5099154题为“提供有效改善图象对比度的可控非线性转移特性的放大装置”中，描述了一种适用于Lagoni已获专利系统的白色扩展处理中的特效装置。在一个实施例中该Lagoni的白色扩展处理电路包括亮度输入信号源和提供体现显示图象之平均图象电平(APL)的控制信号源。响应亮度输入信号的第一电路装置提供与该亮度输入信号成线性关系的第一亮度输出信号并提供与亮度输入信号呈非线性关系的第二亮度输出信号。为了将所述第一和第二亮度信号加到一“软开关”或“混合”电路的各输入端而设置相应装置，该混合电路按通过APL表示的控制信号所确定的比例组合第一和第二亮度信号，以便使所产生的处理后亮度输出信号对较小的APL控制信号值呈现较大的非线性而对较大的APL控制信号值呈现较小的非线性。用这种方法使Lagoni系统获得了增强显示图象对比度的优点。
本发明部分地归于认识到：在上述系统的一个特定实施例中，所述处理后的亮度输出信号对较高的APL控制信号值的输入信号基本上呈现线性关系。现已证实，按照该发明这种情况是人们所不希望有的。对高的APL值而言，令处理后的亮度信号进行线性放大的直观后果便是在这种工作状态下，实际上没有增强对比度。
本发明旨在以某种方式去克服上述问题，以确保在任何情况下，处理后视频输出信号都不会对整个系统的视频输入信号呈现纯线性响应。借此获得了在显示图象的所有平均图象电平值上均增强对比度的优点。
本发明部分地归于认识到：对所有代表APL的控制信号值均有必要扩展自动白色扩展处理的范围。根据本发明的第二个方面，扩展了范围的白色扩展处理是借助能防止处理后视频输出信号对代表任何电平的APL控制信号下的视频输入信号呈现基本线性响应的电路来实现的。
更确切地说，用于电视系统并体现本发明的视频信号处理设备包括用于产生待处理的视频输入信号的第一信号源和用于产生代表由所述电视系统所显示图象之平均图象电平(APL)的控制信号的第二信号源。响应所述视频输入信号的信号处理装置产生与所述视频输入信号呈线性关系的第一视频输出信号并提供与所述视频输入信号非线性地相关的第二视频输出信号。一个第一组合装置以予定比例组合所述第一和第二视频输出信号，以形成既具有线性分量又具有非线性分量的第三视频输出信号；及一个第二组合装置以所述控制信号所确定的比例组合所述第二和第三视频输出信号，以产生一个处理后视频输出信号。
本发明的上述及其它特点均图示于诸附图，其中：
图1是装置有体现本发明的一“白色扩展”非线性亮度信号处理设备的一台电视接收机的电路图；
图2是详细表明图1之接收机所用的“白色扩展”非线性视频信号处理过程的电路图；及
图3为图1接收机的“白色扩展非线性亮度信号处理器的非线性传输特性曲线图。
图1之接收机10包括一调谐器，IF放大器和检测器单元12，其有一用于接收RF调制TV信号S1的输入端14和用于提供基带视频输出信号S2的输出端，信号S2被加到色度/亮度信号分离器16，将信号S2的组成部分分离成亮度分量Y1和色度分量C1。色度分量C1被加到提供常规彩色处理(例如，色调和着色控制，自动肤色补偿等)的彩色信号处理器18，以产生加到矩阵电路22之一个输入端的彩色已处理色度输出信号C2。亮度信号Y1被加到“白色扩展”非线性处理装置40，该处理装置40产生一个加到峰值，对比度和亮度控制处理器30的处理后亮度输出信号Y3，处理器30本身又产生加到矩阵电路22之第二输入端的全处理后亮度输出信号Y2，电路22产生RGB组成的电视信号，以供视频显示单元24显示。全处理后亮度信号Y2还加到平均图象电平(APL)检测器电路50，电路50根据通过视频显示单元24(例如显象管及其相应的驱动放大器)显示的图象之平均图象电平，产生白色扩展控制信号Vc。
非线性或“白色扩展”视频处理装置40包括第一输入端41，视频(亮度)输入信号Y1便加到该端41，以便进行处理。第二输入端42提供代表由视频显示单元2 4所显示的视频信号Y2之平均图象电平APL的控制信号Vc。处理装置40还包括一个由线性处理器43，非线性处理器44，加法器45和“软开关”46组成的信号处理装置。该线性处理器43和非线性处理器44组成一个响应视频输入信号Y1的信号处理装置43，44，以便产生与视频输入信号Y1线性相关的第一视频输出信号Y4和产生与视频输入信号Y1成非线性相关的第二视频输出信号Y5。此处示为加法器45的第一组合装置以予定比例将该第一和第二视频信号Y4，Y5相加而产生第三视频输出信号Y6。构成一“软开关”46的第二组合装置以通过控制信号Vc确定的比例组合第二和第三视频输出信号Y5，Y6，产生处理后视频输出信号Y3。如前所述，该视频输出信号Y3经受处理器30的峰值，对比度和亮度控制后加到矩阵电路22，以供显示单元24显示之用。
除了第一组合电路装置(例如，加法器45)之外，所描述的该系统与前述对Lagoni专利与已批准申请(两者引入本文，供参考)的说明甚为相象。然而，这一电路的效果却显著地改变了先前所得到的白色扩展处理过程。记得，在先有技术的白色扩展处理过程中，软开关组合线性和非线性处理信号以产生总的传输函数，该函数对较高APL(平均图象电平)的响应基本呈线性，并当APL降低时，其非线性增大。
对本发明而言，线性和非线性信号经加法器45相加所产生的“和”信号Y6始终含有非线性的比例成分。这样，当软开关选择与控制信号Vc成比例的信号Y6或Y5(非线性信号)时，则由此产生的信号Y3总是呈现某种程度的非线性，而与所选信号的比例无关。因此，对本发明来说，无论平均图象电平(APL)高还是低，亮度信号Y2总是经受最小程度的非线性处理，从而在任何工作条件下总能获得至少最小量的对比度增加。
图3示出本发明的这一有利特点。该图表示非线性(即，白色扩展)处理装置40的输入/输出传输特性。如图所示，代表某一低的平均图象电平的某一较低控制电压值曲线VC2呈最大非线性。当控制电压Vc提高到一较高值Vc1，该非线性特性减小。在控制电压VC达到最大值时，该亮度信号传输特性总还是存在某种程度的非线性。因此，该白色扩展传输特性决不会象已知的Lagoni系统那样，到达由图中虚线所示的线性响应特性300的那种纯线性响应点。本发明的白色扩展处理的优点在于总是能有效地为居中和低电平视频输入信号，甚至在平均图象电平相当高的场合，提供对比度增强的保证。
图2为该白色扩展处理器40的模拟电路装置的一个实例。当然，人们懂得该电路的种种作用可用数字式处理元件替代模拟式元件来实现。在图2中，线性处理器43是由晶体管196和发射极电阻206实施的，该晶体管和电阻构成电压(发射极)跟随器，因而响应亮度输入信号Y1而提供一线性输出信号。非线性处理器44是通过晶体管198和电阻261和216来实现其作用的，所述电阻将晶体管198的发射极偏置于地电位以上，晶体管198对输入信号Y1在其发射极产生如下非线性响应。如果Y1小于由电阻216和261所产生的电位(小于Vbe)，该晶体管198将呈现线性特性，但当输入信号上升到使其基射结被反向偏置时，则晶体管198截止而呈现一种非线性特性。图1的加法器45是由电阻209和210完成其功能，这两电阻将晶体管196的线性输出加到晶体管298的非线性输出，以提供包含线性和非线性两种分量的输出信号Y6。
其余元部件包括软件开关46。更确切地说，加法器(电阻209和210)及非线性放大器198的输出被加到产生比例输出电流I1和I2的各电流源晶体管224和230。电流I1被加到一对分流晶体管250和252之共发射结，而电流I2被加到另一对分流晶体管256和258。晶体管256和252的基极由电阻264和266将其偏置于一个基准电位，该基准电位小于电源电压Vcc。晶体管258和250的基极为接收控制电压Vc而连接。二极管270限制Vc的最大值。通过将晶体管256和250的集电极耦合到公共负载电阻253而形成一输出信号。因此，当控制电压Vc比较高时，大部分输出电流是由晶体管224所提供的线性和非线性电流I1。反之，当控制电压Vc较低时，大部分输出电流是由晶体管230所提供的非线性电流。就中等大小的Vc值而言，输出Y3同由控制信号Vc电平所控制的电流I1和I2成正比。
虽然现已用模拟电路元件阐述了本发明，但人们懂得，该白色扩展处理功能也可采用数字技术而很容易地实现。还会有其它显而易见的变动和改型。

Claims (3)

1.用在电视系统中的视频信号处理设备，包括：
第一输入端(41)，用以提供待处理的视频输入信号(Y1)；
第二输入端(42)，用以提供代表所述电视系统所显示之视频信号的平均图象电平的控制信号(VC)；
响应所述视频输入信号(Y1)的信号处理装置(43，44)，用以提供与所述视频输入信号呈线性关系的第一视频输出信号(Y4)和用以提供与所述视频输入信号非线性关系的第二视频输出信号(Y5)；
用于将输入信号组合以提供具有线性和非线性分量的输出的软开关；
其特征在于：
组合装置(45)，用于以予定比例组合所述第一和第二视频输出信号，以形成具有线性和非线性两种分量的第三视频输出信号(Y6)；以及
所述软开关装置(46)，用于以所述控制信号(VC)所确定的比例组合所述第二(Y5)和第三(Y6)视频输出信号，从而提供处理后的视频输出信号(Y3)。
2.如权利要求1所述的视频信号处理设备，其特征在于：
所述组合装置(45)包括加法器装置，用于将所述第一(Y4)和第二(Y5)视频输出信号相加，以产生所述第三视频输出信号(Y6)；和
所述软开关(46)响应所述控制信号(VC)之最大值而选择所述第二和第三视频输出信号之一作为所述处理后输出信号，响应所述控制信号的最小值而选择所述第二和第三视频输出信号之另一个作为所述处理后的输出信号，并响应所述控制信号的居中值，以便同所述控制信号之所述最小和最大值之间值成比例地混合所述第二和第三视频输出信号。
3.如权利要求1所述的视频信号处理设备，其特征在于：所述组合装置(45)包括：
第一电阻(209)，该电阻连接在所述信号处理装置产生所述第一视频输出信号(Y4)的那个输出端与所述软开关的第一输入端之间；和
第二电阻(210)，该电阻连接在所述信号处理装置产生所述第二视频输出信号(Y5)的那个输出端与所述软开关的所述第一输入端之间。
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