CN1051651A - 非线性红、绿、蓝视频信号处理 - Google Patents

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Abstract

非线性视频信号处理系统提供灰度系数校正以 改进接近黑色的图象细节的再现。此外,使用亮度和 频率相关的增强电路在亮的图象区域中提高细节信 号反差来改进图象亮度。在各彩色信道中,将各个彩 色信号(R、G、B)逐渐分离(18)为低电平幅度信号部 分(V2)和高电平幅度信号部分(V3)。较高电平幅度部 分(V3)被高通频率滤波(20)。低电平信号部分(V2)和 高通频率滤波的较高幅度信号部分(V4)相加(R1、R2、 R4)到原来的线性视频信号(V或R)上以产生耦合 (12)到显象管的组合信号(i5)。低电平信号部分(V2) 直流耦合(R2)到线性信号(V1),而将高电平信号部分 交流(C2)耦合到线性部分(V1)。

Description

本发明涉及非线性视频信号处理。
图1示出视频信号传输系统各方面的灰度系数(gamma),其中曲线1a表示传输方面的转换特性,曲线1b表示显象管(CRT)的转换特性,而曲线1c表示总转换特性。
发射的NTSC、PAL和SECAM电视(TV)标准的视频信号具有0.45至0.5的灰度系数,而彩色电视(CTV)接收机的显象管具有2.8到3.1的灰度系数。结果,总转换特性曲线(进到摄象机的光-显象管输出的光)不是线性的,而总灰度系数实际上约为1.35而不等于1。这意味着显象管的指数转换特性不能完全被补偿,而引起对显示的黑色图象部分的压缩。这种压缩致使接近黑色的图象失去细节,而带彩色区域褪色为黑色。同时,相对于黑色部分,白色被过分放大到常常达到显象管饱和图象模糊的程度。线性总转换特性避免这种黑色压缩,并可通过在电视接收机中红、绿和蓝(R、G和B)的各个放大器中加上0.8的灰度系数校正来获得。然而,显象管输出光的动态范围相当小,不达到引起图象模糊的显象管饱和点该范围便不能扩大。因此,增加图象暗区放大量的灰度系数校正造成高信号电平白色信号的压缩。这可用示出灰度系数校正斜坡信号的图2a加以说明。峰值白色须保持与未校正时虚线同样电平以避免显象管图象模糊。结果,斜坡信号的上部斜率降低如图2b所示,观察者发现在从灰至白图象区缺少对比度而造成褪色图象。在此场合下,以高亮度对比度失真为代价获得该图象低亮度部分对比度的改进。
按照本发明一个方面,图象的可见对比度是通过视频信号的非线性处理来改进的。更具体地说,将视频信号分离为低电平幅度信号部分(接近黑色)和高电平幅度信号部分(接近白色)以对每个信号部分进行可开的非线性处理。对低电平幅度信号部分进行非线性处理并与原线性信号相组合。按照本发明另一方面,对较高电平幅度的信号部分作非线性处理及高通滤波并与原线性信号组合。按照本发明再一方面,将非线性处理的低电平幅度信号部分和非线性处理且高通滤波的高电平幅度信号部分与原线性信号组合以产生在灰至白图象区域中具有增强的细节信号对比度的经灰度系数校正的视频信号。
参考附图,详细说明本发明。在附图中:
图1如前所述,示出发射机、电视接收机以及包括发射机和接收机的总的电视系统的转换特性。
图2如前所述,示出斜坡信号的图形表示,该斜坡信号已作灰度系数校正,有助于理解图3和图4电路的优点。
图3示出按照本发明一个方面的实例电路的框图表示。
图4示出按照本发明一个方面的图3电路的更详细的框图表示。
图5和图6分别示出时间和频率域波形,有助于理解图3和图4电路的操作。
图7示出按照本发明另一方面实现图4电路的电路实施详细原理图。
图8示出按照本发明又一方面的图4电路的最佳电路实施的详细原理图。
在这些图中,相对应元件用相同标号加以标识。
图3示出彩色电视接收机亮度-色度处理器10和视频输出放大器12之间耦合的主电路的方框图表示。图上只示出红色(R)通道的电路,而绿色(G)和蓝色(B)通道使用相同的电路,由实例示出的处理器10的R输出信号是具有竖直短线指示的重叠的细节信号16的线性斜坡(14)。细节信号16是频率高于0.5MHz并对应于28英寸屏幕尺寸彩色电视接收机水平方向上小于1.2cm图象细节的视频信号。
R信号耦合到非线性或软信号分离器18,该分离器将信号“逐渐地”分离为低电平部分(黑到灰图象区域)和高电平部分(灰到白图象区域)。由可包括电容器C的高通滤波器20对该高电平信号部分进行滤波。将低电平信号直流耦合到加法器22。高电平信号的高通滤波部分通过电容器C交流耦合到加法器22。由加法器22组合原R信号、低电平信号部分和高通滤波的高电平部分以产生耦合到放大器12的输出信号。将低电平部分(黑到灰)加到R信号形成灰度系数校正。再加上高通滤波的部分使高电平(灰到白)视频细节信号对比度增强。
图4更详细地示出图3的电路。图5和图6的波形有助于说明图4电路的操作。波形5a示出由阶梯波15和2MHz左右叠加的细节信号16组成的输入信号V1波形5b和5c示出由非线性信号分离器18执行的“软”信号分离。应当指出V2的差幅逐渐降低而V3的差幅逐渐增加。V2和V3的和等于输入电压V1。信号分离的频率响应是平坦的,如图5a′-5c′中相应的频率响应曲线所示。由电压V1和V2通过电阻R1和R2驱动视频输出放大器12,其中R2阻值和R1相等。V2差幅的减小表示视频输出放大器12的增益从60到30(对应于0.8的灰度系数)的渐变。在图6a图示该渐变,而图6a′示出V1和V2之和。该差幅(对比度)逐渐减小到较高信号电平。可通过高通滤波器20传送V3,导出高频细节信号V4。V4的输出电压和频率响应如5d和5d′图示。电压V4电容耦合(通过电容器C2)到视频放大器12以产生图6b和6b′所示的信号V1+V4。可用相当低阻值的耦合电阻R4(阻值=R1/2)获得提升6dB的细节信号。耦合电容器C2防止将任何亮度信号(直流分量)加至视频放大器12输入端。图6c和6c′图示类似于反相的放大器12输出电压的驱动电流i5。图6c的低频阶梯信号类似于图6a,但细节信号被充分提升以便在亮度区获得图象细节增强的对比度。平均电子束电流由于交流耦合并无显著增加。也可通过耦合电容器C1和电阻R3(阻值=5R1)小量增加V3以免大的光亮的图象区域的彩色退饱和。
图7示出按照本发明的实例的非线性信号处理器的原理图。RGB处理器10,例如,由荷兰philips公司制造的TDA3506集成电路通过电阻30驱动视频输出放大器12。反馈电阻32确定放大器12的增益。用偏置电阻34在驱动电流i5等于0时进行调整使显象管的辉点截止电压设置为150伏特。该调整需要对CRT第二栅极的适当调整(未示出)。自动屏幕偏置(AKB)电路36调整处理器10输出的黑色电平使黑色信号的i5为0,Q3偏置电流通过电阻30流入处理器10,使黑色电平为如V所指出的2伏特。
晶体管Q1为单位增益反相器和直流电平移位器,差分放大器Q2、Q3和Q4提供如图5b和5c波形示出的信号分离。对Q3和Q4的基极进行偏置以使对黑色图象对应的信号Q3导通而Q4截止。电流源Q2使该信号反相以便电流i2与电压V1同相位。
增大的斜坡电压V1产生增大的斜坡电流i2,将该电流i2加到放大器12的驱动电流i5并产生灰度系数校正。电流i2的波形和图5b的电压V2的波形相同。将Q2发射极电压通过电阻38耦合到Q4基极。增大的电压V1使Q2发射极电压下降、使Q4基极电压下降直至Q4开始导通。结果,图5c的电压V3逐渐增大而V2斜率逐渐减小。反馈电阻40提供Q2集电极电流在Q3到Q4之间的平滑转变,如波形5b和5c所示。V1进一步增大使i2保持不变而使V3以V1同样速率增大。由于电阻38、40和42的阻值,这可用增益为1的Q4来实现。
将电阻42两端产生的分离的中到高电平信号V3加到射极跟随器Q5,该射极跟随器驱动包括电阻44和电容46的高通滤波器。少量V3信号通过电容48和电阻50馈给输出放大器12。如前指出,该交流耦合宽带信号改进了亮图象区的色饱和度,否则会因灰度系数校正引起信号压缩,而轻微失饱和。由包括晶体管Q6的放大器对中到高电平的细节信号电压V4进行放大以获得6dB提升的细节信号。将细节信号通过电容54和电阻52耦合到输出放大器12。还如前所述,交流耦合的优点是改进了辉度(对比度细节)而不增加平均光束电流并且不改变黑色电平。
图8示出按照本发明的、使用TDA  3552集成电路作为信号源10的非线性视频信号处理器最佳实施例的电路图。该电路将有效负载视频输出放大器用作放大器12。通过电阻64提供电压反馈以便在其输入端66获得低阻抗叠加点。
输入射极跟随器Q10用作视频电压V1的低阻抗源。差分对Q12、Q13将视频电压V1分裂为低和高亮度的信号I2和V3。晶体管Q12在对应于非常低图象亮度的信号电平下完全导通。这样,并行地耦合电阻68和70使输出放大器12产生增益为60。该电路的信号分裂产生驱动电流I2代替图4所示电压V2
晶体管Q12随V1增大而导通减小,当晶体管Q12截止时增益达到30,输出放大器增益的逐渐变化如I2所进行那样,产生所要求的灰度系数校正。在中亮度信号电平时晶体管Q12截止之前,晶体管Q13开始导通并在其集电极产生电压V3。电压V3表示包含灰色和峰值白色之间亮度电平的图象信息。将信号电压V3加到驱动包括电阻72和电容74的高通滤波器的射极跟随器Q14。该高通滤波器将对应于灰色的信号V4分离为用于增强对比度的白色区域细节信号。信号V4由晶体管Q15放大以产生通过电容器82和电阻84耦合到放大器12的细节信号。如前所述,将少量V3信号通过电容器76和电阻79直接交流反馈到输出放大器12。
晶体管Q12和Q13的基极偏置于由二极管Di和D2建立的固定的相对电压上。电阻78产生0.3mA的静态电流通过晶体管Q13以免晶体管Q13被灰色电平信号峰值所截止。
通过将晶体管Q10发射极的黑色电平电压设置为3.5伏,以及通过正确调整CRT的第二栅极电压,从而将显象管阴极80的光点截止电压(未示出)设置为大约160V。
本电路无须在RGB通道间校准以避免统调误差。这是由于逐渐的信号分离的结果。
本电路利用这样的一种事实,即相对于延展到大区域的变化而言,肉眼对小的图象区域的对比度变化更为敏感。将中到高亮度图象细节所产生的频率加以提升并交流耦合于主视频信号。这便形成对亮度的显著改进而不增加平均光束电流。该交流耦合仅增加所谓细节对比度,而直流亮度信号和大区域对比度都不受影响。在显象管图象模糊出现之前,可驱动该显象管在小区域细节时的光束电流大于大区域信号时的光束电流。因为大型显象管由电子枪、荫罩板和荧光体限制在差不多与较小管相同的峰值束电流,而图象要遍布大得多的区域,所以显得比小管暗且对比度小,所以,这种亮度改进对大型显象管尤为重要。

Claims (7)

1、视频信号处理装置,其特征在于:
用于将视频信号(V1)分离为对应于所述视频信号(V1)较低幅度电平的第一信号(V2)以及对应于所述视频信号(V1)较高幅度电平的第二信号(V3)的装置(18)。
用于对所述第二信号(V3)进行高通频率滤波的装置(20),以及
用于组合所述视频信号(V1)、所述第一信号(V2)和所述高通频率滤波第二信号(V4)以产生组合信号(i5)的装置(R1、R2、R4)。
2、如权利要求1所述装置,其特征在于:所述装置(18)用于将所述视频信号(V1)逐渐分离为所述第一(V2)和第二信号(V3)。
3、如权利要求1所述装置,其特征在于,所述高通频率滤波第二信号(V4)交流耦合(C2)到所述组合装置。
4、如权利要求3所述装置,其特征在于,所述第一信号(V2)直流耦合(R2)到所述组合装置。
5、如权利要求4所述装置,其特征在于,所述组合装置包含加法器。
6、如权利要求1所述装置,其特征在于,所述视频信号(V3)是红、绿和蓝信号中至少一个。
7、如权利要求4所述装置,其特征在于,所述第二信号(V3)的至少一部分交流耦合(C1)到所述组合装置。
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