CN1064508C - 非线性视频信号处理器 - Google Patents

Abstract

视频输入信号加到一个T形桥接衰减器(R1，R2，R3，20)上，该衰减器的旁路分支上有一个非线性元件(20)，在输入信号增加时起增加衰减的作用，从而在衰减器输出端产生经灰度校正过的视频输出信号。视频输入信号增加时，旁路分支中的电流传感器产生按指数规律增加的细节信号(S3)，该细节信号经高通滤波器(24)滤波之后由加法电路(18)将其与经灰度校正过的信号(S7)加起来，从而提供灰度经过校正且高频细节增加了的视频输出信号。

Description

非线性视频信号处理器

本发明总的说来涉及电视系统，具体地说，涉及视频信号的非线性处理装置。在理想的电视系统中，显象管产生的光输出与照到摄象管的光呈线性关系。但在实际的系统中，摄象管和显象管都是非线性器件，总的摄象／显象合成“灰度系数”(gamma，表示传送函数的曲率)不等于1，因而需要线性响应。

这种非线性如不加以校正，必然会使清晰度下降，并使图象暗区中的细节几乎看不到，同时往往使白色部分放大到显象管的饱和开花点(saturation and blooming)。校正非线性(即灰度校正)需要对待显示的视频信号进行非线性处理。

本发明的目的在于满足人们对不太复杂的供灰度校正用的非线性视频信号处理装置的需要。

本发明的非线性视频信号处理装置有一个视频信号源和一个衰减器，前者用以提供待处理的视频输入信号，后者有一个线性支路和一个非线性支路。非线性支路根据视频输入信号电平的变化使视频输入信号衰减，从而产生衰减情况变化的视频信号。线性支路将输入信号加到一个加法电路上，衰减情况变化的信号也加到该加法电路上，加法电路的一个输出端用以产生灰度校正过的视频输出信号。

按照本发明的另一个特点，上述非线性支路有一个敏感元件，用以检测旁路分支电流并产生经检测的对视频输入信号起指数反应的视频信号。经检测的视频信号加到一个高通滤波器上，以提供幅值变化的升压高频细节信号，该信号加到上述加法电路上，以改善所述灰度经校正的视频输出信号的高频细节部分。

本发明对视频输入信号进行灰度校正和改善视频输入信号细节的方法包括下列步骤：根据视频输入信号电平的变化使视频输入信号衰减，以产生灰度校正过的视频输出信号；检测视频输入信号的参数，以产生表示细节部分的视频信号，该信号的幅值随视频输入信号电平的变化而非线性地增加；高通滤除该表示细节部分的信号，以提供升压高频细节信号；将视频输入信号、灰度校正过的视频信号和升压高频细节信号三者加起来，以产生经处理过的具有灰度校正和升压高频细节部分的视频输出信号。

附图中举例说明了本发明的上述特点和其它特点，其中：

图1是体现本发明的非线性视频信号处理器的简化方框图；

图2是对图1所示处理器举例性注上了元件值的详细电路图；

图3-5是示出了图1或2的处理器的低频响应特性的传递函数曲线图；

图6-9是示出了图1或2的处理器的高频响应特性的传递函数曲线图。

总的说来，图1的非线性处理器在其T形桥接的衰减器旁路分支中有一个非线性函数网络20。这种非线性函数网络20的优点在于它具有双重作用：

(1)增强了依视频输入信号幅值的变化而变化的T形桥接衰减器的衰减作用，从而对视频输出信号进行灰度校正；和

(2)提供了经检测的与视频输入信号的幅值成指数关系的视频信号，以改善经灰度校正过的视频输出信号的高频细节部分。

更详细地说，图1的非线性处理器，其输入端10用以接收视频输入信号S1，其输出端28用以提供经处理的、灰度校正过的、高频细节部分有所改善的视频输出信号S2。T形桥接衰减器的输入节点12接输入端10，且经第一电阻器R1接中心节点14，中心节点14则经第二电阻器R2接输出节点16。桥接电阻器R3跨接在节点12与16之间，确定了衰减器的最大衰减量和非线性函数网络附加到中心节点14的影响。更具体地说，桥接电阻器R3实际上限制了非线性量，因为R3是一线性旁路。若电阻器R3等于T形电阻器R1和R2的总和，则可达到6分贝的最大衰减量。增加桥接电阻器R3的电阻值会增加所提供的最大衰减值。桥接电阻值的进一步增加，会使最大衰减值进一步增加，而在极限情况下，为使视频信号达到最大衰减量，也可以不用桥接电阻器R3。因此，T形电阻器R1和R2，与桥接电阻器R3有关，确定了衰减范围。衰减值是根据视频信号幅值的变化而借助于连接在中心节点14与基准电位点(这里以接地点示出)之间的非线性函数网络20控制的。

视频输入信号值增加时，网络20的阻抗减小，因而可将更多的输入信号接地旁路掉。因此，输入信号较小时，衰减也小，输出信号值则基本上与输入信号相等。这样，靠近黑电平的信号遭受的损失不大。可是，输入信号向白电平方向增加时，衰减量也增加，因此，信号变得越白，它受到的衰减就越大，因而传送函数的斜率是负的，于是对已处理的视频输出信号起到了灰度校正作用。

作为上述操作过程的一个例子，图3示出了使黑电平转变为白电平的一个线性变化的视频输入信号300。图4中，波形400示出了中心节点14处因非线性函数网络20衰减(阻抗)变化所引起的电压。可以看出，起初电压在黑趋向灰的区域内跟随着输入信号(图3)，但随着输入信号从灰趋向白，节点14处电压的变化率下降。之所以这样，是因为电平升高时，网络的阻抗下降，因而旁路到地中去的输入电流增加所致。

图5示出了通过非线性网络20的旁路电流S4的波形500。应该指出，这个电流随输入信号的变化成指数关系而增加。通过检测网络20中的旁路电流S4(例如利用一个电阻器)，可以产生(作为起始点)适于提高已处理的输出信号的高频细节的视频信号S3。这是如图1所示使信号S3通过高通滤波并将滤波后的信号S5连同灰度校正信号S7一起加到一个合成器(例如加法器)18上以产生经处理的视频输出信号S2而达到的。为避免高频细节信号S5中有害的噪声影响，必要时可将信号加到核化电路(coring circuit)26上以减少噪声。

图6-9示出了采用非线性网络20以达到增加高频细节部分这一作用的一些更突出的特点。图6与图3相当，但示出了还含有高频(HF)细节部分的黑趋向白的线性变化的输入信号600。图7示出了与流过衰减器旁路分支的电流成正比的已检测的电压S3。可以看出，在输入电平较高时，细节部分的增加与视频输信号呈指数关系，故这时细节部分增强。图8的波形800示出了在只用桥路输出信号S7而不用增补信号S3时细节部分对输出信号的影响。可以看出，经处理的信号其灰度显然得到了校正，但看来对细节作用不大。当细节信号S3起作用时，如图9的波形900所示，其效果是由灰趋向白的视频信号电平的细节部分有大幅度增加。

图2是图1视频信号处理器的一个具体实施例。图2的实施例还有这样的额外有利特点，即非线性视频处理器的性能提高了，实现该处理器需用的电路元件数减少了。这些包括：

(1)补偿了T形桥接旁路分支的频率；

(2)可人工控制“T”形分支的增益；

(3)对灰度校正和细节信号无需独立的组合电路。

更详细地说，图2中，T形桥接的衰减器包括如上所述那样连接的电阻器R1、R2和R3。非线性网络20如虚线方框中所示，包括一个PNP型晶体管Q1，其发射极端的导电通路经二极管D1耦合到中心节点14上，而集电极端的导电通路经电流检测电阻器R6接地。加到晶体管Q1控制极(基极)的偏压是由中心节点14处已衰减的视频信号经连接在节点14与基准电位点(地)之间的电阻器R4和R5组成的分压器分压而提供的。

上述非线性网络工作时，当输入信号电平使晶体管Q1导通时，Q1连同二极管D1和电阻器R4和R5一起起耗散电流器件的作用。随着输入电压的线性增加(图3)，通过二极管D1和晶体管Q1的电流按指数规律上升(图5)，同时通过电阻器R2的电流以同样的幅度减小，从而得到平稳的灰度校正(图4)。

由电阻器R4和R5组成的分压器确定了晶体管Q1的发射极电流和工作点。二极管D1不是非要不可，但有该二极管却有这样的好处，即在特定的发射极电流下，电阻器R4两端的电压加倍了，且使电阻器R4和R5的阻值比更合适。与晶体管Q1的基极和发射极间电容(该电容在截止区中相当高)一起，电容器C1(与电阻器R1并联的电容)和电容器C5(与电阻器R5并联的电容)有使所述分压器不受频率影响的优点。

当晶体管Q1未饱和时，发射极电流随着输入电压的线性上升而按指数规律增加，于是电阻器R6两端的电压也按同样方式变化(图5)。该信号被与电阻器R7一起作为射极跟随器的晶体管Q2加以缓冲。经缓冲的信号加到一个高通滤波器的输入端。该滤波器由电阻器R8和电容器C8组成，其截止频率例如约为8兆赫，在较低频率(例如在视频范围)下的相位特性呈线性。

上面说过，在本发明的实例中，将经灰度校正和高通滤波过的细节信号相加无需单独的加法器，而是由显象管驱动放大器200履行这个功能，放大器200的非倒相输入端(+)接基准电位源(V_基准)，倒相输入端(一)经反馈电阻器RF接输出端28，同时经电阻器R9接基准电位点(地)。鉴于放大器202的负反馈由反馈电阻器RF提供，倒相输入端(一)起了汇集T形桥接衰减器的电阻器R2和R3所提供的全部电流和由高通滤波器(R8，C8)通过的电流的电流汇集节点的作用。实际上，本发明该实例中的显象管驱动放大器起了双重作用：放大视频信号并将其加到显象管的电子枪上，和将非线性视频信号处理器的三个电流加起来。

上面说过，本发明实施例的另一个特点是设置了手动增益控制。这是在图2中采用了手动调节的变阻器(电位器)作为T形桥接衰减器中的T形衰减器部分中的电阻器R2实现的。这种控制在彩色电视接收机的各电子枪分别设有非线性处理器的使用场合可以平衡调节红、绿、兰(R、G、B)三色驱动信号。

本发明的原理在具体应用时，最好将非线性处理方法应用到各彩色分量信号(例如红、绿、兰)上。然而，在一定的应用场合，人们也许反而愿将此非线性处理方法应用于亮度信号上。但应该指出的是，在亮度信号通路上进行灰度校正可能会导致对彩色损害。

Claims (4)

1．一种视频输入信号处理装置，包括：

一个加法电路(18)，其输出端用以提供经处理的视频输出信号(S2)；其特征在于还包括：

衰减器(R1，R2，R3，20)，有一个串联分支(R1，R2，R3)和一个旁路分支(20，24，26)，各所述分支都用以将所述视频输入信号耦合到所述加法电路上，所述旁路分支包含一个随所述视频输入信号电平的变化而直接衰减的非线性元件；其中所述旁路分支包括：

信号幅值检测元件(20)，用以提供与视频输入信号成指数关系的经检测的视频信号(S3)；

高通滤波器(24)，接所述检测元件，用以根据该经检测的视频信号提供高频升压的细节信号(S5)；和

细节信号施加装置(26)，用以将所述细节信号加到所述加法电路上，以改善所述经灰度校正的视频输出信号的高频细节部分。

2．如权利要求1所述的视频输入信号处理装置，其特征在于，所述细节信号施加装置(26)与所述高通滤波器串联连接，供对所述细节信号进行核化用。

3．如权利要求1所述的视频输入信号处理装置，其特征在于，所述旁路分支包括：一电路节点(14)，经第一电阻器(R1)接到所述衰减器的输入端(12)，且经第二电阻器(R2)接到所述衰减器的输出端(16)；一晶体管(Q1)，带有一条导电通路(由发射极到集电极)，其第一端(发射极)接向所述电路节点14，其第二端(集电极)接向基准电位源(地)；和一偏置电路(R4，R5)，接所述电路节点和所述基准电位源，供产生所述晶体管的导通偏压。

4．如权利要求3所述的视频输入信号处理装置，其特征在于，还包括一个电阻器(R6)，用以将所述晶体管导电通路的第二端(集电极)耦合到所述基准电位源(地)，用以检测该导电通路中的电流并产生正比于所检测电流的电压。

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