CS275797B6 - Circuit for videosignal noise suppression - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení pro potlačení šumu videosignálu, například jasového signálu reprodukčního videozařízení, jehož vstupní svorka kmitočtově demodulovaného signálu je připojena k vstupu dolnofrekvenční propusti, jejíž výstup je připojen k vstupu obvodu deemfáze, jehož výstup je připojen k vstupu obvodu pro potlačení šumu odčítáním.

V minulosti bylo v oboru reprodukčních zařízení videosignálu, například televizních přijímačů nebo videomagnetofonů, provedeno mnoho zlepšení pro zvýšení jakosti obrazů na stínítku obrazovek těchto zařízení. Jak je dobře známo, ostrost a poměr signál/šum jsou zvláště důležité faktory pro zvýšení jakosti obrazu.

Ostrost obrazu je ovlivněna kmitočtovými charakteristikami, tj. odezvou reprodukčních obvodů v televizi nebo videomagnetofonech na tvar signálu. Tak například jsou-li zmíněné charakteristiky pro náběžnou a závěrnou hranu pulzních signálů nedostatečné, potom výsledný obraz na stínítku obra-zovky má nevyhovující ostrost. Jak je známo, jasový signál je obsažen v pásmu kmitočtově modulovaných signálů složeného videosignálu spolu s jinými signály, například se signálem barev. Odezva na tvar signálu reprodukčního obrazového obvodu je určena přenosovou charakteristikou obvodu. Proto k získání dobré odezvy na tvar signálu je nutné rozšířit kmitočtové pásmo přenosu reprodukčního obrazového obvodu. Zejména je žádáno rozšířit toto pásmo na pokud možno nejvyšši kmitočet.

Bylo učiněno mnoho pokusů ke zlepšení impulzní přenosové charakteristiky reprodukčních obrazových obvodů. Nicméně bylo obtížné další zlepšování impulzních přenosových charakteristik, protože přenosové kmitočtové pásmo reprodukčních obrazových obvodů bylo roztaženo na poměrně široký rozsah jako výsledek předešlého pokroku v navrhování obvodů. Zejména zvýšení jakosti videomagnetofonů zlepšováním impulzních přenosových charakteristik se stalo obtížným. To je způsobeno skutečností, že přenosové kmitočtové pásmo reprodukčních obrazových obvodů ve videomagnetofonech je omezeno na menší šířku než je rozsah takových obvodů v televizních přijímačích.

V souhlase s těmito skutečnostmi pokusy o zlepšení jakosti obrazu byly prováděny z hlediska poměru signál/šum obrazu na stínítku obrazovky. Zvýšení poměru signál/šum obrazu bývá však doprovázeno zúžením přenosového kmitočtového pásma, tj. zhoršením impulzní přenosové charakteristiky pro reprodukci obrazu. Tak například pokusíme-li se zlepšit poměr signál/šum, zejména ve videomagnetofonech, zhorší se impulzní přenosové charakteristiky tak, že se objeví značný šum na náběhové nebo závěrné hraně pulzních signálů, například jasových signálů v pásmu kmitočtově modulovaných signálů složeného videosignálu. Je tedy důležité zvýšit poměr signál/šum při zachování impulzních přenosových charakteristik na předepsané úrovni.

Jsou známy tyto tři způsoby pro zvýšení poměru signál/šum u obrazů ve videomagnetofonech:

- zvýšení zesílení výšek obvodu preemfáze v záznamovém zařízení, tj. před reprodukcí obrazu,

- zvýšení potlačení šumu obvodu pro potlačení šumu v reprodukčním obrazovém zařízení,

- zvýšení složky signálu s poměrně vysokým poměrem nosná/šum ve kmitočtově modulovaném Signálu, jinak řečeno složky signálu nízkého kmitočtu, která je nižší než nosný signál, pro zvýšení poměru signál/šum signálu základního pásma po demodulaci kmitočtově modulovaného signálu.

Pokusíme-li se zvýšit míru zvýraznění vysokých kmitočtů podle prvního způsobu, některé kmitočtové složky signálu při odřezání bílé úrovně i černé úrovně procházejí, takže impulzní přenosová charakteristika se zhorší.

Při druhém způsobu obvod pro potlačení šumu vyloučí složku vysokého kmitočtu z videosignálu, obrátí fáze vyloučených signálů po omezení amplitudy složky vysokých kmitočtů omezovačem a potom přidá vyloučené signály k původnímu videosignálu. Takto je šum s nízkou úrovní a vysokým kmitočtem v původním videosignálu potlačen. Pokusíme-li se zvýšit míru poCS 275797 B6 tlačení, poměr signál/šum se zlepší u plochých částí signálu. Není však odstraněn šum ve strmých částech signálu, kde se signál mění skokem s velkou amplitudou a tedy se složkou o vysokém kmitočtu. Toto se může stát například v části, kde se signál mění z černé úrovně na bílou úroveň. Kromě toho vzrůstá modulace takového šumu. Proto se zhorší impulzní přenosové charakteristiky a šum ve strmé části signálu se stane výraznějším.

Při třetím způsobu, když vzroste složka signálu nízkého kmitočtu, která je nižší než nosný signál, nastane mnohem snadněji inverze obrazového signálu mezi černou úrovní a bílou úrovní a současně se zhorší jakost obrazu v části, kde se černá úroveň mění na bílou úroveň. Přesněji řečeno, část signálu, kdy se mění z černé úrovně na bílou úroveň, je tou částí', kdy nosný signál kmitočtově modulovaného signálu se pohybuje u nejvyššího kmitočtu. Následkem toho poměr nosná/šum signálu se zhorší v proměnlivé části signálu. Z toho důvodu ve třetím způsobu, který nepoužívá složku signálu s nízkým poměrem nosná/šum, jako výše zmíněné způsoby, ačkoliv poměr signál/šum je v ploché části signálu zlepšen, zhorší se proměnlivá část signálu, kde se signál mění z černé úrovně na bílou úroveň. Jednou z příčin zhoršení signálu je skutečnost, že nosný kmitočet, který je ekvivalentní kmitočtu v proměnlivé části signálu, je umístěn na horním konci přenosového pásma kmitočtově modulovaného signálu. Proto je třeba zamezit použití složek s nízkým poměrem nosná/šum. To znamená, že při třetím způsobu amplituda i fáze kmitočtově modulovaných signálů jeví sklon ke zkreslení v přenosové dráze. Výsledkem je, že se zhorší proměnlivá část signálu z černé úrovně na bílou úroveň, takže šum v této proměnlivé části signálu se stane výraznějším.

Jak bylo vysvětleno shora, pokusíme-li se zlepšit poměr signál/šum jasového signálu v dosavadních videomagnetofonech, zhorší se impulzní přenosové charakteristiky a navíc podstatně vzroste šum ve strmé části signálu. Poměr signál/šum může být proto ustaven na kompromisní hodnotě. Důsledkem je, že dosavadní videomagnetofony mají problém, spočívající v tom, že poměr signál/šum se zhoršuje v té části signálu, kde nastává změna z černé na bílou úroveň.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení pro potlačení šumu videosignálu podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že výstup dolnofrekvenční propusti je připojen k vstupu obvodu deemfáze přes ořezávací obvod šum obsahujících špiček videosignálu a obnovovací obvod špiček videosignálu.

Očinek zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že šum vznikající na náběhové hraně jasového signálu je odstraněn oříznutím v ořezávacím obvodu bílé úrovně a část odstraněná oříznutím je vykompenzována rozšířením v obnovovacím obvodu. Z toho důvodu může být zapojením podle vynálezu poměr signál/šum zlepšen bez zhoršení přenosových charakteristik a tedy může být získán vysoce jakostní obraz prostý šumu v oblasti, kde se jasový signál mění z černé úrovně na bílou úroveň.

Vynález je znázorněn na připojeném výkrese, kde na obr. 1 je diagram tvaru signálů znázorňující signály v dosavadním zapojení obrazových obvodů videosignálu ve videomagnetofonech, na obr. 2 je blokové zapojení podle vynálezu, na obr. 3 je diagram tvaru signálů zpracovaných zapojením podle vynálezu, na obr. 4 je principiální zapojení podle vynálezu a na obr. 5 je diagram tvaru signálů zpracovaných zapojením podle vynálezu.

Obr. 1 znázorňuje třetí způsob použitý u dosavadních videomagnetofonů. Graf a v obr.

znázorňuje tvar jasového signálu bezprostředně po převedeni videosignálu do pásma nízkého kmitočtu demodulací. Graf b v obr. 1 je zvětšený obraz části A signálu z grafu a v obr. 1. Jak je patrno z grafu b v obr. 1, je na vrcholu náběhové hrany, to je části, ve které se signál mění z černé úrovně na bílou úroveň, značný šum N. Když videosignál prošel obvodem pro potlačeni výšek a obvodem pro potlačení šumu, je možno získat jasový signál znázorněný v grafu c v obr. 1. Graf d v obr. 1 je zvětšenina části A signálu znázorněného grafem c v obr. 1. Jak je patrno z grafu d v obr. 1, šum N na vrcholu náběhové hrany signálu zůstává a není zcela odstraněn obvodem pro potlačení výšek ani obvodem pro potlačení šumu. To má za následek, že kontrast na hranici obrazců vytvářených na stínítku obrazovky je nepříznivě ovlivněn šumem, což vede ke snížení jakosti obrazu.

V obr. 2 je vstupní svorka S1 kmitočtově modulovaného signálu připojena ke vstupu frekvenčního demodulačního obvodu 11. Výstup demodulačního obvodu 11 je připojen přes dolnofrekvenční propust 12 k odřezávacímu obvodu 13 bílé úrovně, jehož výstup S3 je připojen ke vstupu obnovovacího obvodu 14 pro rozšíření úrovně, jehož výstup je připojen ke vstupu obvodu deemfáze.

Nyní bude popsána funkce zapojení podle obr. 2 s přihlédnutím k obr. 3, kde jsou znázorněny průběhy signálů během jejich zpracování v zapojení podle obr. 2. Na vstupní svorku S1 demodulačního obvodu 11 je přiveden složený kmitočtově modulovaný signál. V demodulačním obvodu 11 se provede demodulace kmitočtově modulovaného signálu a tento demodulovaný signál se přivede do dolnofrekvenční propusti 12. Na jejím výstupu S2 je potom jasový signál zobrazený v obr. 3 a. Vrchol náběhové hrany tohoto signálu obsahuje šumový signál N. Z výstupu S2 je signál potom zaveden do ořezávacího obvodu 13, kde je odříznut vrchol se šumovým signálem, takže na výstupu S3 ořezávacího obvodu 13 je potom signál zobrazený v obr. 3 b. Tento signál je potom zaveden do obnovovacího obvodu 14 špiček videosignálu, kde nastane obnovení náběhové hrany signálu na tvar signálu znázorněný v obr. 3 c. Tento signál je potom zaveden na vstup S4 obvodu deemfáze. Výsledkem je signál zobrazený v obr. 3 d jako výsledný jasový signál.

V obr. 4 ořezávací obvod 13 bílé úrovně obsahuje ětyři PNP tranzistory gl, Q2, Q3 a Q4 jako základní aktivní prvky a obnovovací obvod 14 obsahuje diodu Dl, pátý PNP tranzistor 05, indukčnost LI a kondensátor C4. V ořezávacím obvodu 13 bílé úrovně první tranzistor Q1 tvoří vstupní oddělovací zesilovač BA1 spolu s odporem R2 předpětí báze a emitorovým zatěžovacím odporem R3. Báze prvního tranzistoru Q1 je spojena se zemní svorkou G přes odpor R2 předpětí báze. Kolektor prvního tranzistoru Q1 je spojen přímo se zemni svorkou G. Emitor prvního tranzistoru Q1 je přes sériové spojení kondenzátoru Cl a odporu R4 připojen k bázi druhého tranzistoru Q2.

Druhý tranzistor Q2 a třetí tranzistor 03 tvoři operační zesilovač OPA inverzního typu spolu se zpětnovazebním odporem R5, společným emitorovým Odporem R6, kolektorovým zatěžovacím odporem R7, odpory R8 a R9 předpětí báze a kondenzátorem C2. Emitory druhého tranzistoru Q2 a třetího tranzistoru Q3 jsou spojeny spolu a.se svorkou PS zdroje napětí přes společný emitorový odpor R6. Kolektor druhého tranzistoru Q2 je přes kolektorový zatěžovací odpor R7 spojen se zemní svorkou G. Báze třetího tranzistoru Q3 je dále spojena se svorkou PS zdroje napětí. Kolektor druhého tranzistoru Q2 je spojen s bází čtvrtého tranzistoru Q4.

Čtvrtý tranzistor Q4 tvoří výstupní oddělovací zesilovač BA2 společně s emitorovým zatěžovacím odporem R10. Kolektor čtvrtého tranzistoru Q4 je spojen přímo se zemní svorkou G. Emitor čtvrtého tranzistoru Q4 je přes emitorový zatěžovací odpor R10 spojen se svorkou PS zdroje napětí. Dále je emitor čtvrtého tranzistoru Q4 spojen s bází druhého tranzistoru Q2 v operačním zesilovači OPA zpětnovazebním odporem R5. Emitor čtvrtého tranzistoru Q4 je spojen s anodou diody Dl v obnovovacím obvodu 14.

V obnovovacím obvodu 14 je anoda diody Dl spojena přes sériové spojení kondenzátoru C3 a odporu R13 se zemní svorkou G. Anoda diody Dl je dále spojena přes sériové spojení odporů Rll a R14 se svorkou PS zdroje napětí. Katoda diody Dl je spojena přes sériové spojeni indukčnosti LI a kondenzátoru C4 s emitorem pátého tranzistoru Q5. Sériové spojení indukčnosti LI a kondenzátoru C4 tvoří sériový rezonanční obvod PE, který je popsán dále. Dále je katoda diody Dl spojena s její anodou přes odpor R12. Emitor pátého tranzistoru

Q5 je spojen přes odpor R14 se svorkou PS zdroje napětí. Báze pátého tranzistoru Q5 je spojena přímo s bází třetího tranzistoru Q3 v operačním zesilovači OPA ořezávacího obvodu 13 bílé úrovně. Kolektor pátého tranzistoru Q5 je spojen přes odpor R15 se zemní svorkou G. Kolektor pátého tranzistoru Q5 je dále spojen s výstupní svorkou OUT.

Nyní bude popsána činnost zapojení podle obr'. 4 s přihlédnutím k obr. 5. Jasový signál základního pásma na výstupu S2 z dolnofrekvenční propusti 12 je přiveden do operačního zesilovače OPA inverzního typu přes vstupní oddělovací zesilovač BA1, vazební kondenzátor Cl a odpor R4. Zde je polarita jasového signálu na svorce PÍ mezi vazebním kondenzátorem Cl a odporem R1 záporná, jak je patrno z grafu a v obr. 5. Jasový signál S2 je oříznut na svém vrcholovém konci na předepsané úrovni v operačním zesilovači OPA, jak je dále vysvětleno. Je tedy získán oříznutý jasový signál S3 znázorněný grafem b v obr. 5 na svorce P2 mezi kolektorem čtvrtého tranzistoru Q4 a anodou diody Dl v obnovovacím obvodu 14. Protože výstup výstupního oddělovacího zesilovače BA2 je uzemněn přes kondenzátor C3 a odpor R13, je polarita oříznutého jasového signálu S3 na svorce P2 kladná, jak je patrno z grafu b v obr. 5.

Když je náběhová hrana jasového signálu S2 zavedena do operačního zesilovače OPA, je potenciál emitoru čtvrtého tranzistoru Q4, který pracuje jako výstupní oddělovací zesilovač BA2, téměř rovný napětí Vcc zdroje. Je tedy výstupní proud výstupního oddělovacího zesilovače BA2, který budí prvky zátěže, jako kondenzátor C3, odpor R13 a podobně, minimální. Výstupní oddělovací zesilovač BA2 jej tedy.nepropustí. Následkem toho je náběhová hrana jasového signálu S2 odříznuta na předepsané úrovni v blízkosti napětí Vcc zdroje. Následkem toho je na svorce P2 oříznutý jasový signál S3 znázorněný grafem b v obr. 5. Současně, protože oříznutý jasový signál S3 je přiveden přes zpětnovazební odpor R5 na bázi druhého tranzistoru Q2 operačního zesilovače OPA, působí zpětnovazební signál tak, že kompenzuje odstraněnou část jasového signálu S2. Touto kompenzaci tvar signálu odříznuté náběhové hrany postupně roste směrem k jeho závěrné hraně.’

Dále je výstup výstupního oddělovacího zesilovače BA2, to je čtvrtého tranzistoru Q4, přiveden před diodu Dl na pátý tranzistor Q5, který tvoří zesilovač s uzemněnou bází. Dioda Dl se stane vodivou, když je na ni přivedena úroveň vysoké amplitudy náběhové hrany jasového signálu S3. Tím je provedeno nakmitání amplitudy pro náběhovou hranu jasového signálu S3 sériovým spojením indukčnosti LI a kondenzátoru C4, tj. sériovým rezonančním obvodem PE. Je-li rezonanční kmitočet sériového rezonančního obvodu PE nastaven asi na 1 MHz, což je nejvíce střední složka náběhové hrany signálu, nastane rozšíření úrovně amplitudy oříznuté náběhové hrany jasového signálu S3. Následkem toho se získá signál S4 znázorněný grafem c v obr. 5, kompenzovaný v oříznuté části jasového signálu S2 vlivep ořezávacího obvodu 13 bílé úrovně. Současně jsou tranzistory Q2, Q3, Q4 uvedeny do stavu velkého zesílení, aby dioda Dl byla uvedena do vodivého stavu při vstupu náběhové hrany jasového signálu S2. Vazební kondenzátor Cl má tedy za úkol zamezit změny ořezávací operace vlivem posunu kmitočtu nosného signálu pásma kmitočtově modulovaných signálů a posunu úrovně výstupního signálu demodulačního obvodu 11 kmitočtově modulovaného signálu při záznamu.

. Odborníkovi školenému v oboru je zřejmé, že v rámci myšlenky vynálezu mohou být v popsaném zapojení, uvedeném jako jeden příklad provedení vynálezu, provedeny rozličné změny a obměny a dosazeny ekvivalentní prvky, aniž by se vybočilo z rámce myšlenky vynálezu

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   Zapojení pro potlačení šumu videosignálu, jehož vstupní svorka kmitočtově.modulovaného signálu je připojena k vstupu dolnofrekvenční propusti, jejíž výstup je připojen k vstupu obvodu deemfáze, jehož výstup je připojen k vstupu obvodu pro potlačeni šumu odčítáním, vyznačující se tím, že výstup (S2) dolnofrekvenční propusti (12) je připojen ke vstupu (S4) obvodu deemfáze přes ořezávací obvod (13) šum obsahujících špiček videosignálu a obnovovací obvod (14) špiček videosignálu.