CS252819B2 - Zařízení pro potlačení nízkoamplitudových šumů - Google Patents

Abstract

U zapojení je jeden výstup digitálního filtru, připojeného k vstupnímu součtovému obvodu, přes digitální násobič korekce Špi­ ček připojen k výstupnímu digitálnímu součtovému obvodu a druhý výstup digitálního filtru je přes digitální řídicí obvod potla­ čení nízkoamplitudových šumů připojen k digitálnímu obvodu pro potlačení nízkoamplitudových šumů, který obsahuje porovnávací obvod.

Description

Vynález se týká zařízení pro potlačení nízkoamplitudových šumů digitálního signálu s možností nastavit prahovou úroveň v odezvu na alespoň část digitálního signálu, z nchoz mají být odstraněny nízkoamplitudové šumy. Vynález ji.· užitečný při zpracování digitálních televizních signálů v televizním přijímači.

Potlačení nízkoamplitudových šůmů operace zpracovávání digitálních signálů, u níž se nízkoúrovňové kolísání signálů, často sdružené se šumem, odstraňuje ze signálu, aby se zlepšil jeho poměr signál - šum. Pro televizní signály například to může být šum zavedený v přenosové cestě, vysokofrekvenčním tunerem a zesilovači, mezifrekvenčními zesilovači nebo vnějšími zdroji šumu. Pevné potlačování nízkoamplitudových šumů, u něhož se odstraňují nízkoúrovňové změny signálů nepřesahující pevně stanovenou prahovou úroveň, je v televizním přijímači nedostačující, poněvadž divák více vnímá šum objevující se u tmavých scén, to jest světlé skvrny na temném pozadí, než u světlé scény, to jest temné skvrny na světlém pozadí.

Je tudíž žádoucí dosáhnout relativně vyšší prahovou úroveň odstraňování šumu pro nízké úrovně jasových signálů, to jest pro tmavé scény a relativně prahovou úroveň odstraňování šumu pro vysoké úrovně jasových signálů, to jest pro světlé scény. Analogové uspořádání obvodu poskytující tuto žádoucí charakteristiku pro televizní přijímače s analogovým zpracováním signálu, je známo.

U zařízení pro zpracování digitálního signálu ovšem zařízení pro potlačení nízkoamplitudových šumů musí provádět potlačovací operaci na signálech, které jsou vlastně digitálními čísly představujícími úrovně signálů, spíše než přímo na úrovních signálů samotných.

Tudíž pro generování prahových signálů potlačování nízkoamplitudových šumů musí se použít digitálních obvodů pro vytváření řídicího signálu za určitých podmínek a pro vytváření digitálních signálů s potlačeným nízkoamplitudovým šumem v odezvu na řídicí signál.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny u zapojení pro potlačení nízkoamplitudových šumů podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že jeden výstup digitálního filtru, připojeného k vstupnímu digitálnímu součtovému obvoau, je přes digitální násobič korekce špiček připojen k výstupnímu digitálnímu součtovému obvodu a druhý výstup digitálního filtru je přes digitální řídicí obvod potlačení nízkoamplitudových šumů připojen k digitálnímu obvodu pro potlačení nízkoamplitudových šumů, který obsahuje porovnávací obvod.

Výhodou zapojení podle vynálezu je, že operace potlačení nízkoamplitudových šumů neovlivňuje informaci o základním obrazu a detail, který je zastoupeni v širokopásmových digitálních jasových signálech a ve zpožděných digitálních jasových signálech. Potlačení nízkoamplitudového šumu pouze zabraňuje zvýšení jeho relativně nízkoamplitudových signálových složek vyšších kmitočtů, které by se jinak vyskytly vlivem uspořádání pro korekci špiček, ve kterém je tento vynález použit. Co je ještě důležitější, zvýraznění těchto složek signálů o vyšších kmitočtech je tímto vynálezem sníženo více pro relativně tmavší obrazy, u nichž šum je pro diváka patrnější, než pro relativně světlejší obrazy, u nichž šum je méně patrný.

Příklad provedení zařízení pro potlačení nízkoamplitudových šumů podle vynálezu je zobrazen na výkresech, na nichž znázorňuje obr. 1 blokové schéma tohoto zařízení, na obr. 2 a 4 jsou grafy přenosových chrakteristik, které pomáhají porozumět zařízení na obr. 1 a na obr. 3, 5 a 6 jsou schémata, částečně v blokové formě částí zařízení na obr. 1.

Na obrázcích představují široké šipky dráhy signálů pro mnohabitové paralelní digitální signály a čárové šipky představují dráhy signálů pro jednotlivé nebo sériové digitální signály.

Obr. 1 znázorňuje část obvodu zpracujícího digitální signály televizního přijímače, ve kterém jsou jasové signály zpracovány digitálně. Ačkoliv tento vynález je obecně použitelný, je zde popsán u obvodu pro zpracování digitálních jasových signálů televizního přijímače, poněvadž digitální potlačení nízkoamplitudových šumů řiditelné v odezvu na nastavitelné digitální prahové signály, je s výhodou používána právě u něho.

Digitální vstupní součtový obvod 10 je zdrojem širokopásmových digitálních jasových signálů Y_w, které vytváří přičítáním informace o vertikálních detailech obsažených v hřebenově filtrovaných digitálních barvonosných signálech k hřebenově filtrovaným digitálním jasovým signálům Y_c- Velikost digitálních jasových Y jako funkce kmitočtu f je znázorněna na obr. 2, na němž je širokopásmový digitální signál.Y^ odpovídajícím způsobem označen.

Digitální filtr 12 na obr. 1 přijímá širokopásmové digitální jasové signály Y^ a vytváří dolní propustí filtrované digitální jasové signály Y^ obsahující složky širokopásmových digitálních jasových signálů Y_w. Digitální filtr 12 také vytváří pásmovou propustí filtrované digitální jasové signály Y_fi obsahující složky širokopásmových digitálních jasových signálů Y^ relativně vyššího kmitočtu. Dolní propustí filtrované digitální jasové signály Y^ a pásmovou propustí filtrované digitální jasové signály Υ_β jsou s výhodou v podstatě komplementrání ve velikosti kmitočtového spektra, jak je znázorněno křivkami Υ_β a na obr. 2.

Příklad provedení digitálního filtru 12 znázorněného na obr. 3 obsahuje vícestupňový první posuvný registr 14, který vytváří zpožděné kopie Y^ širokopásmových digitálních jasových signálů na různých odbočkách svého výstupu v odezvu na vstupní širokopásmové jasové signály Y_w a na neznázorněný hodinový signál. Zpožděné kopie Y^ širokopásmových digitálních jasových signálů vytvářené na odbočkách prvního posuvného registru 14 jsou váženy digitálními váhovými obvody Wl, W2 a W3, kterým jsou například digitální násobiče. Hodnoty váhových koeficientů digitálních obvodů Wl, W2 a W3 určují kmitočtovou odezvu digitálního filtru 12 jak je známo odborníkům z oboru.

Digitální sčítačka 16 sečítá vážené zpožděné jasové signály a vytváří pásmovou propustí filtrované digitální jasové signály Υ_β. Výstupní odbočka na středním stupni prvního posuvného registru 14 vytváří zpožděné kopie Y^ širokopásmových digitálních jasových signálů, od kterých se první digitální odečítačkou 18 odečítají pásmovou propustí filtrované digitální jasové signály Υθ a vytvářejí se dolní propustí filtrované digitální jasové signály Y^.

Tímto způsobem jsou pásmovou propustí filtrované digitální jasové signály Υ_β a dolní propustí filtrované digitální jasové signály v podstatě komplementární.

Digitální řídicí obvod 40 potlačení nízkoamplitudových šumů na obr. 1 vytváří digitální prahové signály Y^ o velikosti řiditelné v odezvu na dolní propustí filtrované digitální jasové signály Y_L· Nejprve uvažujme, že úrovně dolní propustí filtrovaných digitálních jasových dignálů Y^ jsou relativně vysoké, což odpovídá jasnému obrazu, takže digitální prahové signály Y^, jsou na relativně nízké hodnotě X_TW> Digitální obvod 20 pro potlačení nízkoamplitudových šumů reaguje na digitální signály relativně nízké úrovně a vytváří se pásmovou propustí filtrované digitální jasové signály Υ_β jako digitální jasové signály Y__ s potlačeným nízkoamplitudovým šumem, když velikost pásmovou propustí filtrovaných digitálních jasových signálů přesáhne velikost digitálních dignálů relativně nízké úrovně X_T^·

Plná čára přenosové charakteristiky tvořená prvním úsekem 120, třetím úsekem 124, druhým úsekem 122, čtvrtým úsekem 124 * a sedmým úsek.em 128 vztahu pásmovou propustí filtrováných digitálních jasových dignálů Υ_β k digitálním jasovým signálům Υ_β^ s potlačeným nízkoamplitudovým šumem znázorněné na obr. 4 obsahuje první úsek 120 a sedmý úsek 128 zobrazující tento stav. Když je velikost pásmovou propusti filtrovaných jasových sxgnálů Y_fí menší relativně nízká hodnota X_TWr vytvářejí se digitální nulové signály jako digitální jasové signály Υ_β€ s potlačeným nízkoamplitudovýrc Šiv.tem, jak je znázorněno druhým úsekem 122 na obr. 4.

Pak uvažujme, že dále úrovně dolní propustí filtrovaných digitálních jasových signálů Y_ relativně nízké, což odpovídá tmavému obrazu, takže digitální prahové signály Y_m —'Jj ^—*1 vytvářené digitálním řídicím obvodem 40 potlačení nízkoamplitudovýoh šumů budou na relativně vysoké hodnotě X_TB- Digitální obvod 20 potlačení nízkoamplitudovýoh šumů vykazuje přenosovou charakteristiku znázorněnou čárkovaně na obr. 4, obsahující první úsek 120, pátý úsek 126, druhý úsek 122, šestý úsek 126¹ a sedmý úsek 128 představující potlačeni nízkoamplitudových šumů pásmovou propustí filtrovaných digitálních jasových signálů Υ_β v relativně zvětšeném rozsahu potlačení nízkoamplitudových šumů, to jest od záporné relativně vysoké hodnoty “£_TB až po kladnou realtivně vysokou hodnotu +£φ_Β a vytváří se digitální jasové signály Υ_β(, s potlačeným nízkoamplitudovým šumem.

Příklad zařízení obsahujícího digitální řídicí obvod 40 potlačení nízkoamplitudových šumů a digitální obvod 20 pro potlačení nízkoamplitudových šumů je znázorněna například na obr. 5. Digitální řídicí obvod 40 potlačeni nízkoamplitudovýoh šumů obsahuje druhou digitální odčítačku 42, která vytváří rozdílové signály mezi velikostí dolní propustí filtrovaného digitálního jasového signálu Y_L a digitálního referenčního signálu X_REF dodávaného referenčním zdrojem £6. Velikost digitálního referenčního signálu ¥_REF například přibližně odpovídá úrovni jasného, to jest bílého, obrazu dolní propustí filtrovaných digitálních jasových signálů Y_LTudíž pro stavy jasného, čili bílého, obrazu se velikost rozdílového signálu přibližuje nule a pro stavy tmavého, čili černého, obrazu se přibližně 100 % velikosti dolní propustí filtrovaných digitálních jasových signálů Y^. Digitální druhý posuvný registr 44 dělí rozdílový signál N a vytváří se digitální prahový signál Y_T· Vhodná velikost rozdílového signálu N jsou mocniny dvou, to jest 2, 4, 8, Í6 a tak dále. Matematicky digitální řídicí obvod 40 potlačení nízkoamplitudových šůmů na obr.5 řiditelně vytváří digitální prahový signál Y_ v souladu s rovnicí (I!

Výhodné je zvolit úroveň digitálního referenčního signálu X_REF tak, aby činila přibližně 100 % jasové úrovně zcela jasného obrazu ,a dělicí faktor rovný 8.

To vytváří řiditelnou prahovou úroveň potlačení nízkoamplitudových šumů, která se mění mezi minimem 0 % pro jasné obrazy a maximem 12,5 % pro tmavé obrazy. Tyto úrovně v podstatě odpovídají přibližně 0 % až 10 % rozsahu prahových úrovni potlačení nízkoamplitudových šumů, o němž bylo zjištěno, že uspokojí v analogových televizních přijímačích a že dovolují, aby digitální řídicí obvod 40 potlačení nízkoamplitudovýoh šumů byl s výhodou jednoduchý.

Digitální obvod 20 pro potlačení nízkoamplitudovýoh šumů na obr. 5 obsahuje digitální porovnávací obvod £0, který srovnává pásmovou propustí filtrované digitální jasové signály Y_R s digitálními prahovými signály £_T a vytváří hradlovací signál GS. Digitální obvod 20 pro potlačení nízkoamplitudových šumů dále obsahuje soustavu součinových obvodů jako první součinový obvod 22, druhý součinový obvod 24 až čtvrtý součinový obvod 28, z nichž každý dostává jeden bit digitálního pásmovou propustí filtrovaného digitálního jasového signálu Υ_π na prvním vstupu. Druhé vstupy prvního součinového obvodu 22, druhého součinového obvodu 24 až čtvrtého součinového obvodu 28 dostávají hradlovací signál GS.

Když velikost pásmovou propustí filtrovaného digitálního jasového signálu Υ_β přesáhne velikost digitálního prahového signálu £_T, digitální porovnávací obvod 30 vytvoří hradlovací signál GS na vysoké digitální úrovní a otevře se první součinový obvod 22. druhý součinový obvod 24 až čtvrtý součinový obvod 28 a propustí se pásmovou propustí filtrovaný digitální jasový signál Y_R jako pásmovou propustí filtrovaný digitální jasový signál A_BC s potlačeným nízkoamplitudovým šumem, činak digitální porovnávací obvod 3£ vytvoří hradlovací signál GS pro zablokování prvního součinového obvodu ££, druhého součinového obvodu 24 až čtvrtého součinového obvodu 28, které tím vytvoří digitální jasový signál s potlačeným nízkoamplitudovým šumem mající předem stanovenou nulovou velikost, to jest všechny bity jsou nulové.

Příklad provedení digitálního porovnávacího obvodu 30 je digitální okénkový porovnávací obvod 30 * , znázorněny na obr. 6. Jestliže velikost pásmovou propustí filtrovaných jasových digitálních signálů Υ_β přesáhne velikost digitálních prahových signálů Y_T ve smyslu kladné polarity, pak první komparátor 32 vytvoří výstupní signál o otevírací úrovni, který se dodává přes obvod 38 logického součtu jako hradlovací signál GS. Negátor 36 mění digitální prahový signál Y_T na záporný digitální prahový -Y_T, který se přivádí na digitální druhý komparátor 34. Jestliže je velikost pásmovou propustí filtrovaného digitálního signálu Υ_β zápornější než je velikost digitálního prahového signálu -Y_T, pak druhý komparátor 34 vytváří výstupní signál o otevírací úrovni, který se dodává přes obvod 38 logického součtu jako hradlovací signál GS. Je-li pásmovou propustí filtrovaný jasový signál Υ_β mezí velikostmi kladného prahového signálu Y_T a záporného prahového signálu -Y_T nebo se jim rovná, ani první komparátor 32 ani druhý komparátor 34 nevytvoří výstupní signál o otevírací úrovni a hradlovací signál GS zablokuje první součinový obvod 22, druhý součinový obvod 24 až čtvrtý součinový obvod 28.* jak bylo popsáno výše.

Obvod 52 řízení korekce špičeK na obr. 1 reaguje například na pásmovou propustí filtrovatelné digitální jasové signály Υ_β a vytváří se násobící koeficient, který se přikládá na násobič korekce špiček. Násobič 50 korekce špiček násobí digitální jasové signály Y _p(_, ^s potlačeným nízkoamplitudových šumem tímto násobícím koeficientem a vytvářejí se násobené digitální jasové signály Y^, mající charakteristiky znázorněné na obr.

soustavou křivek označených Y^.

Širokopásmové digitální jasové signály Y_w se časově zpoždují digitálním zpožďovacím obvodem 56, který vytváří zpožděné digitální jasové signály Y^. Digitální zpoždovací obvod 56 je například posuvný registr s takovým počtem stupňů, aby poskytoval časové zpoždění v podstatě rovné zpoždění, které se objevuje při vytváření násobených digitálních jasových signálů v odezvu na Širokopásmové digitální jasové signály Y_w na dráze přes digitální filtr 12, digitální obvod 20 pro potlačení nízkoamplitudových šumů a násobič 50 korekce Špiček.

Výstupní digixální součtový obvod 54 kombinuje širokopásmové zpožděné digitální 'jasové signá'^;.' a násobené digitální jasové signály Y_M řiditelných potlačením nízkoamplitudových šumů & vytváří se jasové signály Y s korigovanými špičkami. Obr. 2 dále znázorňují ••kúfjAnu charakteristik závislosti velikosti signálů Y_p s korigovanými špičkami na • '-i, které jsou součty příslušných signálů ze skupiny charakteristik násobených iních jílových signálů Y^ a charakteristik širokopásmových digitálních jasových L χ.ΐΐΐύ Y^, které jsou charakteristické pro zpožděné digitální jasové signály Y^.

Poznamenává se, že násobící koeficient vytvořený obvodem 52 řízení korekce špiček může být dost.-tečně malý, takže násobené digitální jasové signály Y^ jsou co do velikosti bezvýznamné vůči širokopásmovým digitálním jasovým signálům Y_w a zpožděným digitálním jasovým sigiiálíun ’.^ZQ . V tomto stavu jsou jasové signály Y_p s korigovanými špičkami bez korigovaných špiček»

Příkladná digitální úrovně signálů u televizního přijímače majícím osmibitový analogově digitální převodník, to jest 256 úrovní, digitálizující úplné videosignály, jsou následující. Digitální úrovně jsou zde vyjádřeny jako desítkové ekvivalenty binárních čísel. Předpokládejme, že nulová digitální úroveň odpovídá vrcholku synchronizačního impulsu při amplitudě -40 jednotek IRE a digitální úroveň 256 odpovídá úrovni za zcela bílou při amplitudě +120 jednotek IRE úplného videosignálu. Pak úroveň černé, to jest 0 jednotek IRE, a úroveň bílé, to jest 100 jednotek IRE, odpovídají digitálním úrovním 64 a 224.

Digitální referenční úroveň se zvolí 224 a rozdílový signál N se zvolí roven 8.

U tohoto uspořádání digitální řídicí obvod 40 potlačení nízkoamplitudových šumů vytváří prahovou úroveň potlačení nízkoamplitudových šumů pro obraz v podstatě bílý, která se rovná

Y_TW = 1/8 (224 - 224) = 0 (2) v souladu s rovnicí (1) náhoře. Podobně prahová úroveň potlačení nízkoamplitudového šumu pro obraz v podstatě černý se rovná

Y_mD = 1/8 (224 - 64) = 160/8 = 20. (3)

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNALEZU

   1. Zapojeni pro potlačení nízkoamplitudových šumů, vyznačující se tím, že jeden výstup digitálního filtru (12), připojeného k vstupnímu digitálnímu součtovému obvodu (10), je přes digitální násobič (50) korekce špiček připojen k výstupnímu digitálnímu součtovému obvodu (54) a druhý výstup digitálního filtru (12) je přes digitální řídicí obvod (40) potlačení nízkoamplitudových šumů připojen k digitálnímu obvodu (20) pro potlačení nízkoamplitudových šumů, který obsahuje digitální porvnávací obvod (30).
2. 2. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že digitální řídicí obvod (40) potlačení nízkoamplitudových šumů je tvořen referenčním zdrojem (46), který je přes druhou digitální odčítačku (42) připojen k druhému posuvnému registru (44).
3. 3. Zpojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že mezi vstupním digitálním součtovým obvodem (10) a výstupním digitálním součtovým obvodem (54) je zapojen digitální zpožďovací obvod (56).
4. 4. Zapojení podle bodu 1, vyznačující se tím, že k násobiči (50) korekce špiček je připojen obvod (52) řízení korekce špiček.