CN1047948A - 数字控制已处理信号直流值的装置 - Google Patents

Abstract

数字直流控制装置包括多路转换器、DAC、电容器、偏置发生电路和嵌位电路。由多路转换器将直流控制的数字信号和数字亮度控制信号交替地耦合到DAC的输入端。由电容器将DAC的输出耦合到装置输出端。当把该信号加到DAC时，固定直流偏置便加到DAC和电容器的连接端。在预选间隔内，在将装置输出嵌位到固定基准并禁止直流偏置电路的同时，把直流控制值耦合到DAC。这种装置允许控制经数字处理的信号的直流电平而不影响数字信号的动态范围。

Description

本发明涉及信号处理电路，特别涉及使用数字和模拟电路的装置。

在数字信号处理装置中，将模拟信号变换为脉码调制的PCM（例如二进制的）形式，用PCM格式加以处理，然后变换回模拟信号形式，在此过程中，最好将每个样值的位数限制为与所要求量化分辨率和信号动态范围相一致的最小数目。然而实际上，每个样值的位数可能随着样值通过数字装置的进程而增大，并且，数/模变换器所需的位容量可能超过模/数变换器的样值位宽度。在处理视频信号中尤其如此。例如，考虑数字处理后的表示黑白视频图象的亮度信号。该图象的平均亮度取决于该亮度信号的直流电平或平均幅度。如果亮度信号的动态范围恰好等价于该处理装置的位宽度所能表示的最大值，那么，如果一方面不对信号峰值进行限制，另一方面不扩展装置的位宽度，便不能以数字形式实现亮度控制。通常，上述两种选择方案都是不希望的，因为任一种方案都损害了性能或增加了装置成本。

也来考虑图中有图的电视系统，其中，将来各自信号源的若干图象同时显示在单个显示屏的各专用部分上。一般地说，最好是两幅图象的平均亮度近似相等以便使观看者注意力不会只被两幅图象中的一幅所吸引。为确保两图象的平均亮度近似相等，典型的图中有图接收机将表示两图象的两信号嵌位到相似的直流基准电平值。

这里已经认识到，最好在数字和模拟视频处理装置中提供数字的直流电平控制功能，而无须扩展装置位宽度或损害信号质量。

本发明包括用于调节处理后信号平均值或直流值的数字控制装置。该装置装有数/模变换器、并将其电路连接到该数/模变换器的输出端以便有选择地置偏该变换器输出信号的直流电位。该数/模变换器的输出接线与电容器的一个电极相耦合。该电容器的另一电极耦合到该装置的输出端，并可选择地耦合到一基准电位。通过多路转换开关将待转换数字信号和直流控制值有选择地耦合到数/模变换器。基准电位以预定时间间隔、和耦合到数/模变换器的直流控制值同时耦合到所述电容器。在将数字信号耦合到数/模变换器的其它时间间隔，通过用于有选择地置偏其输出信号的电路对数/模变换器的输出信号进行直流置偏。

图1为有助于说明本发明的波形图。

图2举例说明包含在结合有本发明实施例的图中有图视频信号处理器中的模拟和数字信号处理电路的方块图。

尽管本发明具有非常宽的应用范围，但是，我们只是在图中有图的视频信号处理装置的环境里对本发明加以描述。

参考图1，图中示出了大致一个水平行的标准NTSC制式基带合成视频信号。该信号包括水平同步分量、基准频率或色同步分量、消隐电平分量和信息分量。将特定分量的幅度规格化并用IRE单位量度，得出水平同步分量的顶部最负为-40IRE单位、信息分量的最大值最正值是+100IRE单位。消隐电平为0IRE，比图象中显示的正常黑电平要黑几个IRE单位。如果从该信号中除去水平同步脉冲，那么，由视频信息所表示图象的平均亮度为水平行时间间隔内视频信息的平均或直流值的函数。

参考图2，该图部分地图示出图中有图装置的一般处理电路。在图2中，将来自各个信号源10和12（该信号源可以是常规的调谐-中频-检波电路）的两个信号A和B加到开关14。系统控制电路16响应用户输入信号而控制开关14，把输入信号A和B中的一个或两个信号送到相应的主视频和图中有图信号处理通道。主视频处理通道包括电路18，电路18可包括用于抽取同步信号以产生偏转和消隐信号的电路以及用于调节加到显示器等的视频信息分量的电路。将处理电路18的输出信号耦合到缓冲放大器32。而缓冲放大器32产生的输出信号耦合到多路转换电路38的一个输入端。将图中图处理通道的信号耦合到多路转换电路38的第二输出端。多路转换电路38由图中图处理器的控制信号所控制，有选择地对主视频信号和图中图信号进行时分多路操作（如视频信号处理技术领域所周知）以产生格式化信号，该格式化信号将图中图作为主图象中的插图来显示。多路转换电路38的输出端40耦合到另一用于控制显示信号的处理电路（未显出）。

已知的图中图处理器一般有两种类型，即，处理合成视频信号的和处理分量视频信号的。在前者情形下，所述另一处理电路包括将亮度和色度信号分开并产生与原始色彩有关的R、G和B信号的装置。在这种情况下，电路18会包括最少的处理电路。

在各分量装置中分开处理亮度和色度信号。分量装置需要图2中所示的稍微重复的电路以处理两种分量。在这种情况下，电路18包括将亮度和色度分量分开的电路，并且简化了多路转换器40后面的另一处理电路。

在以下讨论中，假定图2装置既可处理复合视频信号，又可处理视频信号的亮度分量。

图中图处理通道包括处理电路20，该电路的原始目的是使第二视频信号与主视频信号同步并压缩第二视频信号。处理电路20可包括用于将模拟视频信号变换为PCM信号的模/数变换器。此外，还包括用于存储PCM视频信号的场或帧存储器，以及用于对写信号到存储器及从存储器读该信号进行同步的时序电路等。来自处理电路20的径同步的PCM样值耦合到数/模变换器24，将所述样值变换为模拟形式，然后，通过缓冲放大器36耦合到多路转换电路38。

对本公开的目的来说，电路20的内容并不重要。只要说PCM样值的位宽度和数/模变换器（DAC）的样值输入端的位宽度一致就够了。在该实例中，假定处理器20以6位的、二进制补码的样值的形式处理视频信号，并假定由处理器20提供的最负的二进制样值对应于视频信号的消隐电平。以IRE单位（图1）为单位，6位样值的64个可能的状态覆盖100IRE的视频信息范围。+31单位对应100IRE，-32单位对应0IRE或消隐电平，而0单位对应50IRE。注意，一般来说，无论该装置是处理复合的还是分量的信号，都没有必要存储和/或输出副信号的或者水平同步或者色同步分量。这些分量可用于电路20的内部而不是进一步处理所需要的。所以，电路20能够在不损害信号完整性前提下预备64个对应于0-100IRE视频信息范围的PCM装态。

假定在所述6位装置中，副视频信号电平为100IRE并要求：a）增加平均亮度电平，b）不增加DAC24的位容量或者不对视频信号削波，c）执行数字化功能。显然，如果将恒定的二进制数值加到PCM视频信号来提高亮度电平，那么，必须将附加位加到样值上以消除最大信号值出现时的削波，这样与上述条件中的一个相反，必须增加DAC24的位容量。

假定主的和副的视频信号来自不同频道，并且由于相反的传输条件而可能使消隐电平偏离0IRE。这种情形下，即使是相似的初始条件，也可能使两个信号的平均亮度具有显著差异的电平。主图象和插图图象之间显著差异的亮度电平可能使观看者产生厌烦。所以，最好配置将主的和副的视频信号的直流或平均电平嵌位为相同值的电路。

前述两种功能可能如下通过增加电流源、电容器，两个开关和多路转换器来实现。首先，假定DAC24产生一输出电流，由连接在DAC24输出端和供电电源之间的电阻28将所述电流变换为输出电压。还假定DAC24在-32的PCM输入值的情况下产生零电流。第三，假定或者控制电路16或者处理器20预定产生量度控制值。

将亮度控制值耦合到多路转换器22的一个输入端。将来自处理器20的PCM视频信号耦合到多路转换器22的第二输入端，该多路转换器22的输出端耦合到DAC24。由主信号处理器产生的信号BL（连线19）对多路转换器22加以控制，而在水平消隐时间间隔将亮度控制值耦合到DAC，而在有效视频期间将视频信号耦合到DAC。

将恒定电流源26通过开关27耦合到DAC24的输出端。在有效视频期间由信号BL控制开关27闭合。

电容器30将DAC24的输出端耦合到缓冲放大器36。电阻34通过另一开关33从缓冲放大器32（主视频信号）的输出耦合到电容器30和缓冲放大器36的互连接点。处理器18产生的嵌位信号CL控制开关33在水平消隐时间间隔期间出现消隐电平时闭合而在有效视频信息期间开路。

注意由于色同步脉冲平均值等于消隐电平，所以在复合视频信号的色同步分量期间开关33是闭合的。电阻34的阻值相对于缓冲放大器32的输出阻抗必须足够高以便不影响放大器的输出电压。该阻值不必高到足以完全抑制电容器30上的来自主视频信号的交流脉动。

嵌位/亮度电路按如下方式工作。电流源26提供等于DAC24产生的电流范围的1/N的电流。在有效视频期间施加该电流并由电阻28引导该电流，以便产生由所述输出电流形成的电压范围的1/N的偏置电压，其中，所述输出电流由DAC24提供。

在消隐时间间隔期间，开关33闭合，而将主视频信号的消隐电平加到电容器30，从而在副视频信号端形成等值消隐电平。当开关33闭合时，对多路转换器22加以控制而将亮度电平控制值加到DAC24的输入端并使开关27开路。先假定亮度电平控制值等于DAC动态范围的1/N。DAC24产生等于其最大输出电流1/N的输出电流，并在电阻28两端产生仅仅由DAC电流所形成的电压范围的1/N的电压。当消隐时间间隔结束时，将开关33开路，将主和副视频信号与在电容器30输出电极上形成的主信号消隐电平断开。此外，闭合开关27并控制多路转换器22以便将副视频信号耦合到DAC24。假定副视频信号具有等于消隐电平的数值以致DAC24产生零输出电流。电流源26将取值1/N的电流加到电阻28，使得转换过后电阻28的直流端电压没有变化。如果在DAC的输出接线上（电容器30的输入接线）没有出现直流电压变化，那么，在电容器30的输出电极也不出现直流变化。因此，副视频信号的平均亮度电平将以通过开关33加到电容器30的主视频信号的消隐电平为基准电平。

现在来考虑改变副视频信号的亮度电平。如果在消隐期间将大于（小于）DAC动态范围1/N的亮度控制数值耦合到DAC，那么，当开关27闭合时，将视频信号耦合到DAC，在电阻28两端出现直流偏移△V。例如，假定亮度控制值为DAC动态范围的2/N倍。在消隐期间（开关27开路而开关33闭合）将DAC动态范围2/N的电压耦合到电容器30的输入电极，而将主视频消隐电平耦合到输出电极。然后，将开关33断开，将副视频信号加到DAC的输入端，并将开关27闭合而将1/N电流源耦合到电容器30。电容器30输入侧的直流电平减小△V＝2/N-1/N＝1/N倍的DAC动态范围。将该电压变化△V耦合到电容器30两端使亮度电平减少△V。相反地，如果在消隐间隔期间，将-30（零输出电流值）的亮度电平加到DAC，那么，在电容器30两端形成DAC动态范围1/N倍的正的直流电压偏移△V。利用前述电路可将副视频信号的亮度电平上调DAC动态范围的1/N，和下调DAC动态范围的（N-1）/N倍。这种直流调整无须改变动态范围或DAC位宽度或数字处理电路便可以实现。

上述实例是针对图中有图接收机中用于改变视频信号直流或亮度电平的电路。更一般的可用于数字控制视频或其它信号直流电平的电路由元件42、44和46表示。在一般实施例中，元件42至46用于取代开关33、电阻34和主视频信号。在该实施例中，在开关27为开路的时间间隔内，开关44闭合，将由电压源46提供的基准电位V_REF耦合到电容器30的输出侧。相对于数值V_REF对输出信号进行直流控制。

图2的电路装有与电流输出型DAC配合以产生电压偏置的电流源26。容易理解，这种电压偏置值也可使用已知的电压电平偏移电路而和电压输出型DAC相结合。

Claims (5)

1、信号处理装置，包含有：

用于产生PCM信号的PCM信号输入装置，

用于产生直流控制信号的直流控制输入装置，以及

具有输入和输出端的数/模变换装置，

所述信号处理装置的特征在于还包括：

电容器，其第一电极耦合到所述数/模变换装置的输出端，其第二电极用于提供输出信号。

可选择性地操作的用于在电极上形成偏置电压的电压偏置装置，以及

附加装置，该附加装置用于在第一时间间隔内在将所述PCM信号耦合到所述数/模变换装置的输入端的同时对提供直流偏置电压给所述第一电极的所述电压偏置装置加以控制，并且，该附加装置在所述交错时间间隔内，在禁止所述电压偏置装置的同时将所述直流控制信号耦合到所述数/模变换装置。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于：

提供基准电压源，

所述附加装置在所述交错时间间隔期间也将所述基准电压耦合到所述第二电极。

3、如权利要求1、2所述的装置，其特征在于所述偏置电压装置包含：

具有电流输出端的电流源，

用于将所述电流输出端耦合到所述第一电极的开关装置。

4、如权利要求1、2所述的装置，其特征在于：

所述附加装置包括多路转换器，将该多路转换器的第一和第二输端分别耦合到所述PCM信号输入装置和所述直流控制输入装置，而将该附加装置的输出端耦和到所述数/模变换装置的输入端。

5、如权利要求2所述的装置，其特征还在于：

所述PCM信号为第一视频信号，

所述基准电压源是与所述第一视频信号同步的第二视频信号源，以及

所述交错时间间隔和所述视频信号的消隐时间间隔一致。

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