CN1073567A - 具有负反馈控制的“白信号展宽”处理和亮度补偿的视频系统 - Google Patents

Abstract

一非线性(如“白信号展宽”)处理器(5)和亮度控 制处理器(54)级联在用以接收待处理视频输入信号 (Y1)的输入端(3)和用以提供处理后视频输出信号 (Y2)的输出端(32)之间。用于控制非线性处理器之 传递特性的控制信号(Vc)由放大器(42)产生。

Description

本发明涉及视频信号处理设备并具体涉及利用由负反馈控制的非线性视频处理过程的设备，用以增强显示图象的某些参数。

在电视系统中，减小被重现图象的对比度和亮度或两者之一，以防止由阴极射线管（CRT）显示器的过大电子束电流所引起的“白色光点散乱”以及阻止势必会限制电子束“转换”速率的CRT激励和荧光放大器饱和是已知的。这可通过随着直接检测束电流而产生一个对该系统的对比度和/或亮度控制部分的控制信号来实现。该控制信号还可通过检测耦合到阴极射线管的视频信号之特性来产生。例如，授予W.E.Harlan，题为“响应多个彩色视频信号用以限制视频信号幅度从而有助于限制束电流的设备”的U.S.专利4599643揭示了组合耦连到阴极射线管的三色信号并检测高于一予定阈值的合成信号的白电平峰值之平均值，以产生一对比度控制信号。

1991年3月26日授予W.A.Lagoni，题为“包括自动对比度”和“白信号展宽”处理部分的动态视频系统”的U.S.专利500394承认：虽然，最好例如通过自动控制再现图象的对比度来防止光点散乱，但这种对比度降低可减小再现图象的对比度和主观亮度。更确切地说，Lagoni承认：虽然最好提供自动对比度控制设备，以便当再现图象包括超过（例如），对应于字符的予定电平的白电平峰值（White-goingpeaks）时去减小亮度信号的幅度，但同时也减小了中等范围的亮度幅度。这导致对比度和主观亮度的降低。

为克服这一问题，Lagoni提出这样一个系统：其中，一个非线性幅度控制部分（此后称“白信号展宽”处理器）以级联方式同对比度控制装置相耦合，以动态地突出相对于作为由对比度控制装置处理的亮度信号平均值之一个函数的高幅度亮度电平的中等范围幅度之亮度电平。对于包含过大白电平峰值而低电平的平均亮度分量（此后称，低的“平均图象电平”或“APL”）的图象而言，该效果是减小了白电平峰值幅度，与此同时增大了中等范围亮度电平的幅度，这样，在提供主观地清晰，明亮图象的同时，可将“白光点散乱（以及CRT荧光粉和激励级饱和）减至最小。

在以上论述的Lagoni设备的一个特定实施例中，该系统包括一非线性或“白信号展宽“处理器，一对比度控制装置和一个级联耦合的亮度控制装置。连接到该级联连接之输出端的平均值和峰值检测器提供处理后视频输出信号之平均值和峰值的指示。该非线性或“白信号展宽”处理器受到通过将“APL”或平均指示信号同一基准电平相比较而产生的反馈信号的控制。对比度控制装置也受反馈控制，该反馈是通过比较一峰值视频信号电平指示信号和另一基准电平信号而形成的。

本发明部分归属于发现了：亮度控制和非线性或“白信号展宽”处理之间存在不希望有的相互作用。更确切地说，若一用户将亮度控制调整到一个较高设定值，则非线性（白信号展宽）处理势必受抑制而引起被显示图象中，低和中等范围亮度信号被加重的程度较小。相反，当用户将亮度控制调整到一个较低值，则导致非线性（白信号展宽）处理增强，这往往过分加重了对暗和中等亮度景色的亮度信号的放大。

本发明部分归于认识到在非线性（白信号展宽）处理与使用者对亮度控制的操作之间的上述不希望有的相互作用。

根据本发明，通过从亮度控制信号至少导出一部分基准信号电平供非线性（白信号展宽）处理器使用而可将上述不希望有的相互作用降至最小。

在本发明的下列实例中，其中一例将证实：若用于非线性（例如，白信号展宽）处理器的基准信号全都取自亮度控制信号的话，则非线性部分和亮度控制部分之间将根本没有相互作用。其它实例将说明：衰减和抵消用以产生非线性（白信号展宽）处理基准信号的亮度控制信号的所需理想效果。

实施本发明的视频信号处理设备包括用于提供待处理视频输入信号的输入装置和用于提供处理后视频输出信号的输出装置。一个非线性视频信号处理器同所述输入装置和输出装置之间的亮度控制信号处理器级联耦合。设置有一放大器，该放大器有为接收平均图象电平（APL）指示信号而连接的第一输入端并有用于基准电平信号的第二输入端和有为将一控制信号加到所述非线性视频信号处理器之控制输入端以控制其传递特性而连接的输出端。还设置有用以将亮度控制信号加到所述亮度控制处理器的控制输入端的装置，用以控制所述处理后视频输出信号的亮度。设置有一些电路装置，用于从加到所述亮度控制处理器的所述亮度控制信号导出供所述放大器用的至少一部分所述基准电平信号，以便减少因亮度控制信号变化而引起非线性处理器的非线性传递特性变化的可能性。

在本文所描述的本发明一个实施例中，供放大器用的基准信号仅仅取自亮度控制信号。在本发明的另一实施例中，该基准信号是通过衰减亮度控制信号并对其施加一相对的正DC偏置电压而获得的。在本发明的又一实施例中，该基准信号是通过衰减亮度控制信号并对其施加一个相对的负DC偏置电压而获得的。

本发明的上述和其他特点示于附图中，其中，相同元件由同一标号表示。附图中：

图1为体现本发明的一个电视接收机的方框图，其中，用于放大器的基准信号仅仅取自加到那里的亮度控制信号;

图2是表示适用于图1所示实例的一种“白信号展宽”式非线性处理器的传递特性曲线图;

图3是本发明第二实施例的方块图，其中用于放大器的基准信号是通过衰减亮度控制信号和对其施加相对的正DC偏置电压而导出的;以及

图4是本发明第三实施例的方块图，其中用于放大器的基准信号是通过衰减亮度控制信号和对其施加相对的负DC偏置电压而导出的。

图1的电视接收机10包括一个调谐器，IF放大器和检波器装置12，该装置有一输入端14，用以接收来自一适合源（例如，天线，电缆或某些其他源）的RF调制的TV输入信号S1并产生基带复合视频输出信号，该信号被加到亮度/色度信号分离器电路16，从而将基带信号S2分为色度分量C1和亮度分量Y1。该分离后分量被分别加到彩色信号处理器18和亮度信号处理器20，从而分别产生处理后输出信号C2和Y2。该色度处理器18可为用于提供诸如色彩和色度控制等功能的传统设计的处理器。体现本发明的亮度信号处理器将在后面描述。

在装置18和20中进行色度和亮度信号处理之后，该处理后信号C2和Y2被加到矩阵电路22，将处理后亮度信号转换成分量形式（例如RGB形式）供视频显示装置24显示。装置24可包括直接观察的显象管或投影式显示器及其附带的激励放大器。为简化附图，图中未示出有关声音处理和显示回扫处理的细节，因为这些细节与本发明无关。

亮度信号处理器20具体体现本发明并包括被施加亮度信号Y1的输入端30以及提供处理后亮度输出信号Y2的输出端32。亮度信号处理器20还包括源40，该源包括平均图象电平（APL）检测器，该检测器具有连到输出端32的输入端及产生平均图象电平（APL）指示信号APL的输出端。

所设置的放大器42有第一（正向）输入端42，以施加平均图象电平（APL）指示信号，有一施加基准电平信号Vr的第二输入端和有一输出端48，用于提供代表加到放大器42输入信号之差的控制信号（Vc）。

所设非线性处理器50可包括如前面提到的Lagoni专利所述，称之谓“白信号展宽”的处理器，用于对亮度信号Y1进行非线性处理。该处理器在接线端30与32之间以级联方式使峰值和对比度处理器52与亮度控制处理器54耦合。前述Lagoni专利中描述了这些处理器的适宜实施方案。这些处理器对亮度信号Y1提供非线性（例如白信号展宽）处理，峰值，对比度控制和亮度控制处理。

用户亮度控制信号源60将亮度控制信号BC供至亮度控制处理器54的输入端55，用以控制在显示装置24上所显示的图象亮度。该信号源可包括一电位器，该电位器施加有电源电压并具有一个用于产生可变亮度控制电压的输出抽头。就一种较佳应用而言，如同现代电视接收机的传统做法，亮度控制器可包括耦合到接收机控制微处理器之输出端的一个数/模电压转换器。为便于以下讨论起见，现假设：当用户选择较亮显示时，亮度控制信号沿正向增大。

由放大器42产生的控制电压Vc直接被加到白信号展宽处理器50的控制输入端，以控制其输入-输出传输特性。该特性示于图2中，由图2可见，控制信号Vc的增大导致处理后视频信号的非线性减弱，而控制信号Vc的减小则导致处理后视频信号的非线性增强。正如在前面提及的专利中所解释的，这一处理过程令人满意地增强了显示图象的对比度，因为它增强了低或中等电平图象的对比度。

图1的亮度信号处理器还包括具有导线80的装置，用于导出加到放大器50之第二输入端46的至少一部分基准信号Vr，该信号Vr来自由亮度控制信号源60产生并加到亮度控制信号处理器54之控制输入端55的亮度控制信号BC。

上述例如导线80的装置在本发明的这一实施例中提供了完全消除先前所述在亮度控制和非线性（白信号展宽）处理之间存在不希望有的相互作用的优点，这点将在下列实例，对整个电路工作的描述中加以说明。

作为第一实例，如在前述Lagoni专利一样，假设：基准电压Vr是固定（即，不变的）电压。在此情况下，平均图象电APL的任何一点微小变化均会改变控制电压Vc并进而改变由白信号展宽电路所产生的非线性。例如，用户亮度控制信号BC的增大将会提高平均图象电平并因而增大了控制信号Vc的值，从而导致由处理器50产生的非线性处理。反之，在Vr值固定情况下，用户亮度控制信号BC的任何一点减小都将提高平均图象电平并因而减小控制信号Vc之值，从而导致由处理器50提供的非线性处理过程。

根据本发明，用户亮度控制源60同白信号展宽处理器50的操作之间不需要的相互作用是通过导线80而得以完全避免的，该导线80将亮度控制信号BC作为基准电压Vr直接加到放大器42的反向输入端46。用这种方法使得用户亮度控制信号BC值的任何一点变化都被加到放大器42的基准电压Vr的变化所完全抵消，因此，对控制电压Vc值一点都没影响。例如，信号BC增大100mv将导致信号Vr增大100mv，于是由于APL信号也增大同样数量，故使放大器42的输出保持不变。换言之，当用户改变亮度控制信号BC之值而因此改变了所显示图象的平均图象电平APL时却不会以任何方式改变通过非线性（白信号展宽）处理器50所赋予亮度信号Y2的非线性处理特性。

使白信号展宽处理器50与用户亮度控制源60的调定无关这一方法的优点在于：被显示图象获得了与用户亮度控制器调定无关的对比度改善。

图3和图4示出对图1设备的两种改型，它们体现出对用户亮度控制和由白信号展宽处理器50所提供的非线性特性处理之间相互作用的兼顾情况。在图3中，信号BC是借助包含电阻R1，电阻R2和接线端300的网络90而被衰减和抵消的。更确切地说，网络90包括将电阻R1连到放大器42的输入端46的导线和将电阻R2从放大器42之输入端46连到相对正电位+V端300的导线。使用中，网络90通过衰减（R1，R2的）亮度控制信号BC和加上相对正的偏置电压（+V）而得到基准电压Vr。

该改型设备的效果在于：在所测的亮度控制信号BC的基值下，提供较高的基准电压Vr值。可见，该效果是增大使处理器50提供的非线性起作用的阈值并减小作为亮度控制信号百分率的非线性度（例如，与阻值比R1/（R1+R2）相比）。图4的实例除接线端300接地外，与图3相同。该改型设备在所测的亮度控制信号BC的基值下，产生一个较低的基准电压Vr电平。该效果直观地减小了使处理器50提供的非线性起作用的阈值并附加了亮度控制信号BC的衰减后的影响（该衰减作用由比值R1/（R1+R2）确定）。

现已图示和描述的视频信号处理设备包括输入装置（30），用以产生待处理的视频输入信号（Y1）和输出装置（32），用以产生处理后视频输出信号（Y2）。一个非线性视频信号处理器（50）同一亮度控制信号处理器（54）级联地耦合于输入装置（30）和输出装置（32）之间。放大装置（42）具有为接收平均图象电平（APL）指示信号而耦连的第一输入端（44），有为接收基准电平信号（Vr）而耦连的第二输入端（46）和具有为将控制信号（Vc）加到非线性处理器（50）之控制输入端以控制其传递特性而连接的输出端（48）。所示装置（60）用以将亮度控制信号（BC）加到亮度控制信号处理器（54）的控制输入端（55），以便控制处理后视频输出信号（Y2）的亮度。此外，所示电路装置（80）（R1，R2，+V;R1，R2，地）从加到亮度控制处理器（54）的亮度控制信号（BC）中取出至少一部分基准电平信号（Vr）供放大器（42）之用。

对本文通过给出的三个特定实施例所描述的视频信号处理设备还可能作出各种不同变化和改型。例如，可设置数字或模拟信号处理装置进行该处理过程。对于本领域的普通技术人员来说，还有一些其他显而易见的变动。本发明是由所附权利要求书来限定。

Claims (4)

1、用于电视系统的设备，该设备包括：

输入装置(30)，用以接收待处理的视频输入信号(Y1)；

输出装置(32)，用以提供处理后视频输出信号(Y2)；

用于产生亮度控制信号(BC)的信号源(60)；

响应所述处理后视频输出信号用以产生平均图象电平指示信号(APL)的源(40)；

放大装置(42)，其第一输入端(44)加有所述平均图象电平指示信号，其第二输入端(46)施加有基准电平(Vr)信号，其输出端(48)，用以提供代表加到所述放大装置的输入信号之差的控制信号(Vc)；

级联地连接在所述输入装置和所述输出装置之间的一个非线性处理器(50)和一亮度控制处理器(54)，用以对所述处理后视频输出信号进行非线性处理和亮度控制；其中

所述亮度控制信号被连到所述亮度控制处理器的亮度控制输入端(55)，用以控制所述处理后视频输出信号的亮度；

由所述放大装置产生的所述控制信号(Vc)被连到所述非线性处理器的控制输入端，以控制所述非线性处理器的传递特性；所述设备的特征在于：

用于从加到所述亮度控制处理器的所述亮度控制信号获取至少一部分加到所述放大装置之所述第二输入端的所述基准信号的导出装置。

2、如权利要求1所述的设备，其特征在于：

用于获得所述基准信号（Vr）的所述导出装置包括用于将所述亮度控制信号（BC）直接加到所述放大装置的所述第二输入端的装置（80），以便从所述亮度控制信号基本上获得全部所述基准信号。

3、如权利要求1的所述设备，其特征在于：

用于获取所述基准信号（Vr）的所述导出装置包括用于衰减所述亮度控制信号（BC）和对其附加一相对正的直流偏置电压的装置（R1，R2，+V）。

4、如权利要求1的所述设备，其特征在于：

用于获取所述基准信号（Vr）的所述导出装置包括用于衰减所述亮度控制信号（BC）和对其附加一相对负的直流偏置电压的装置（R1，R2，GND）。

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