DE2207536B2

DE2207536B2 - Kontrastkompressionsschaltung für ein Farbfernsehaufnahmesystem mit mehreren Bildaufnahmeröhren

Info

Publication number: DE2207536B2
Application number: DE2207536A
Authority: DE
Inventors: Robert Adams Burlington Dischert; John Francis Moorestown Monahan
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1971-02-19
Filing date: 1972-02-17
Publication date: 1974-06-12
Also published as: NL173232C; FR2125564B1; DE2207536C3; DE2207536A1; US3684825A; AU477054B2; CA942881A; AU3891672A; GB1387302A; JPS5134256B1; NL7202182A; FR2125564A1

Description

siebschaltung der eingangs erwähnten Au erfindungsgemaß gelöst durch einen intensUatsdctektor, dem die Intensitatsslgnale zugeführt werden und der ein durch das größte der Intensitatssignale bestimmtes

Blau-Videosignale nicluadditiv mischt und an seinem Ausgang ein Signal liefert, welches dem Farbsignal mit der jeweils höchsten Momentanintensitat (Spitzenwert) entspricht und als Steuersignal einem Kontrast-

Steuersignal erzeugt, und durch eine Multiplizier- 5 kamprossionswäbler 18 zugeführt wird, wo es ent-

schaltung, deren einem Eingang eines der Intensitätssignale und deren anderem Eingang das Steuersignal zugeführt wird und die an ihrem Ausgang ein das arithmetische Produkt dieser beiden Signale darstellen-

sprechend einem vorbestimmten Verhältnis, welches nach der gewünschten Kontrastkompression gewählt wird, verarbeitet wird. Das Ausgangssignal des Kontrastkompressionswählers 18 wird dann einem zweiten

stellt das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 16 ein Videosignal mit komprimiertem Kontrastbereich dar.

Zur weiteren Erklärung des Betriebs der vorbeschriebenen Schaltung seien die folgenden mathematischen Beziehungen angeführt:

£₀ = E_Xin ■ E_yin

= Ausgangssignal der Multiplizierschaltimg 16

Eingangssignal am Eingang xm der Multiplizierschaltung 16 von der Farbmatrix 15 her

Eingangssignal am Eingang ym der MuI-tiplizierschaltung 16 vom Kontrastkompressionswähler 18.

Eyi„ =

Nimmt man an, daß

des vergrößertes Altsgangssignal liefert, welches die xo Eingang der Multiplizierschaltung 16 zugeführt. Das Intensität der betreffenden Farben stärker als in der ausgewählte Intensitätssignal wird mit dem Signal-Szene erscheinen läßt. gemisch derart multipliziert, daß eine Kontrast-Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Er- kompression eintritt. Infolge der Tatsache, daß das fiudung wird eine Vorrichtung wie eine Kamera ver- gesamte Signal mit dem gleichen Faktor multipliziert wendet, welche normalerweise zur Erzeugung von 15 wird, bleiben die gegenseitigen Verhältnisse der ein-Farbsignaleii dient. Jedes der Farbsignale entspricht zelnen Farbsignale aufrechterhalten. Auf diese Weise der Intensität einer von der Aufnahmeszene reflektierten vorbestimmten Primärfarbe. Der Intensitätsdetektor erzeugt aus den Farbintensitätssignalen ein Steuersignal, dessen Größe durch das größte der 20 Farbintensitätssignale bestimmt ist. Dieses Steuersignal wird nun zur Multiplizierung eines Signals oder der Signale verwendet, welche den Signalverarbeitungskanal durchlaufen. Der Muidplikationsfaktor der diese Multiplizierung bewirkenden Schaltung wird 25 entsprechend einer gewünschten Kontrastkompression gewählt. Wegen der Natur der Multiplikation bleiben die Proportionen zwischen den einzelnen Farbsignalen erhalten, so daß bei der nachfolgenden Signalverarbeitung ein Signal mit den richtigen Färb- 3° Verhältnissen zur Verfügung steht. Die Kontrastkompression erfolgt daher ohne ein Auftreten von Farbfehlern.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines Teils einer Farbfernsehkamera mit der erfindungsgemäßen Kontrastkompressionsschaltung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer alternativen Ausfühitingsform der Erfindung und

F i g. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkung der Kontrastkompression bei einer weißen Szene.

F i g. 1 zeigt den Eingangsteil einer Farbfernsehkamera mit drei Aufnahmeröhren. Derartige Kameras 45 vet wenden für jede der drei Primärfarben eine eigene Aufnahmeröhre. Die Aufnahmeröhren 10, 12 und 13 dienen der Umwandlung der von der Aufnahmeszene E_m ^vp — kommenden Primärfarben Rot, Grün bzw. Blau in entsprechende elektrische Signale, deren Amplitude 50 proportional dev Intensität und damit dem spektralen Energiegehalt der betreffenden Farbe ist. Die von den drei Aufnahmeröhren gelieferten Farbsignale werden Der Ausdruckyp oder Gammawert des Bildes ist

einer bekannten Farbmatrix 15 zugeführt, welche die am besten geeignet, um die Wirkung der vorbeschriedrei Farbsignale im richtigen Verhältnis zueinander 55 benen Schaltung zu verdeutlichen, zu einem zusammengesetzten Signal kombiniert, wel- Es sei nochmals daran erii/nert, daß die Gamma·

ches entsprechend den Fernsehnormen (beispielsweise korrektur nach dem Stande der Technik grundsätzlich der NTSC-Norm) durch geeignete festgelegte gegen- nur die einzelnen Gammakorrekturschaltungen in seitige Verhältnisse der einzelnen Farbsignale be- jedem Primärfarbkanal betroffen hat. Diese Korrekstimmt wird. Das Ausgangssignal der Farbmatrix 15 60 turschaltungen können zwar das Kontrastverhäitnis wird weiterhin einer breitbandigen Multiplizierschal- einer Szene durch Anhebung des niedrigsten Hellig-

= E_m ist und

= Leuchtdichte des Bildsignaigemisches für

eine weiße Szene, sowie = J(Ei) = eine Funktion von £<, ferner = momentaner Spitzenwert der Farbe der

größten Intensität und schließlich = Em für eine weiße Szene, dann ergibt sich = Em ■ / (E_m) für eine weiße Szene.

Es ist nun erwünscht, daß £₀ = E_m ^vp ist, wobei yp der Gammawert des Bildes ist. Damit ergibt sich / (Ei) bzw.

P YP

J(Li) = — = hm Em

tung 16 zugeführt, welche das einem ihrer Eingänge zugeführte Signal mit einem einem anderen Eingang zugeführten Signal multipliziert. Derartige Multiplizierschalturigtn sind grundsätzlich bekannt.

Der Ausgaug jeder Aufnahmeröhre ist ebenfalls mit einem entsprechenden Eingang eines Intensitätsdetektors 17 verbunden, der die Rot-, Grün- und

keitswertes des Bildes gegenüber den höheren Helligkeitswerten verringern, da diese Gammakorrekturschaltungen jedoch durch die Farbkontraste jeder einzelnen Farbe gesteuert werden unu nicht gleichsinnig und synchron miteinander arbeiten, würden Einstellungen an ihnen die Sättigung und den Farbwert der Farben nachteilig beeinflussen.

_ Bei der hier beschriebenen Schaltung erfolgt die Änderung oder Verstärkungsregelung für alle Farbkanäle in gleicher Weise, so daß sämtliche Informationskomponenten des Signals in gleicher Weise beeinflußt werden. Auf diese Weise werden die richtigen Proportionen beibehalten, und die Farbwiedergabe bleibt naturgetreu, während die Szenenflächen geringer Helligkeit entsprechend der intensivsten oder hellsten Farbe, welche von der Szene kommt, helligkeitsmäßig angehoben werden.

Beispielsweise erscheint ein Bildgammawert von 0,5 wünschenswert für die Wiedergabe eines Bildes guter Qualität mit einem Kontrastverhältnis zwischen Schwarz und Weiß von etwa 20: 1. Unter Verwendung der vorstehend abgeleiteten Gleichungen ergibt ein Bildgammawert von 0,5 mit der Beziehung

für den Weißwert die Gleichung

Damit ist die Funktion/(E/) gleich
- ™ oder ; .

Das bedeutet, daß man für einen Bildgammawert von 0,5 die Übertragungscharakteristik des Intensitätsdetektors 17 und des Kontrastkompressionswählers 18 auf l/]£_m einstellen muß. Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß das zusammengesetzte Signal nach der Multiplikation mit dem geeigneten Faktor einen eingeschränkten Kontrastbereich hat, der durch einen bevorzugten ausgewählten Bildgammakoeffizient bestimmt ist.

An den Ausgang des Kontrastkompressionswählers 18 ist ein Potentiometer 50 angeschlossen, mit Hilfe dessen sich die Übertragungscharakteristik des Wählers auf mehrere unterschiedliche Gammakorrekturen einstellen läßt. Der Kameramann hat damit die Möglichkeit, einen ihm geeignet erscheinenden Gammawert einzustellen, um das bestmögliche Bildsignal für die Wiedergabe einer Szene, deren Kontrastverhältnis den Dynamikbereich des Fernsehsystems überschreitet, zu erhalten. Die Kontrastkompression ist hierbei nicht von Farbverfälschungen begleitet, wie sie bisher in Kauf genommen werden mußten.

F i g. 2 zeigt eine gegenüber F i g. 1 abgewandelte Ausführung, welche ebenfalls eine Kontrastkompression bewirkt. Die drei Farbäufnäbjöeröhren 20, 21 und 22 erzeugen elektrische Signale entsprechend den drei Primärfarben Rot, Grün und Blau, und diese Ausgangssignale werden jeweils den Eingängen von Breitbandmultiplizierschaitungen 23, 24 und 25 zugeführt Ein weiterer Eingang jeder Multiplizierschaltung ist mit dem Ausgang eines Verstärkers 28 verbunden.

Auf diese Weise wird jedes der Farbsignale mit dem gleichen Signal, nämlich dem Ausgangssignal des Verstärkers 28, multipliziert. Das Eingangssignal des Verütärkers 28 wird vom Ausgang eines Intensitätsdetektors 30 geliefert, der drei Eingänge hat, die jeweils entsprechend mit einem Ausgang der zugehörigen Multiplizierschaltung verbunden sind. Die Funktion des Intensitätsdetektors 30 ist die gleiche wie die des Intensitätsdetektors 17 in F i g. 1, d. h. er

ίο mischt die Signale R, B und G nichtadditiv und liefert an seinem Ausgang das Signal mit der jeweils höchsten Spitzenamplitude. Dieses Signal wird dann als Steuersignal dem Eingang des Verstärkers 28 zugeführt, welcher das Signal entsprechend einer vorbestimmten gewünschten Beziehung formt.

Die Schaltung nach F i g. 2 kann grundsätzlich durch die folgenden mathematischen Beziehungen beschrieben werden:

«ο E₀ = (E₁ ■ Ey) — Übergangsfunktion der MuI-

tiplizierschaltung

mit E_x — Farbsignal von der Bildaufnahmeanordnung — Ec

Ey = /(E₀) = Funktion eines Farbsignals mit der höchsten Spitzenamplitude.

Dam;, ergibt sich
E₀ = Er f [E₀) und weiter mit
/(E₀)= 0-AE₀
E₀ = Ec {a — bE₀) und schließlich

Aus dieser Ableitung ist ersichtlich, daß das endgültige Signal, welches durch Zuführung der multiplizierten Rot-, Grün- und Blausignale an eine geeignete Farbmatrix erhalten wird, ein komprimiertes Kontrastverhältnis hat, wobei die Korrektur durch die Koeffizienten α und b bestimmt ist.

Auch bei der Schaltung nach F i g. 2 bleiben die Proportionen zwischen den Signalen R, B und G erhalten, weil alle drei Signale mit demselben gleichen Korrekturfaktor multipliziert werden. Die im BiIdsignalgemisch enthaltene Farbinformation bleibt daher in ihren gegenseitigen Farbverhältnissen erhalten, während sich nur der Kontrast des Gesamtbildes verändert.
F i g. 3 veranschaulicht in einer Kurvendarstellung

die Wirkung der Änderungen des Bildgammawertes für eine weiße Szene. Die dargestellten Kurven ergeben sich bei einer Änderung der Korrektur von 100 auf 0% durch entsprechende Einstellung der Ko effizienten α bzw. b auf 5 bzw. 4. Der Einstellbereich mit diesen Koeffizienten ließ sich durch Veränderung der Verstärkung des Verstärkers 28 und damit der Größe des jeder der Multiplizierschaltungen 23, 24 und 25 gemeinsam zugeführten Signals erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

I 2 E0 die Ausgangssignale der Multiplizierspbaltuiigen sind, Patentansprüche: 6 Kontrastkompressionsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn-

1. Kontrastkompressionsscbaltung far ein Färb- 5 zeichnet, daß die Farbsignale den Rot-, Grünfernsehaufnabmesystem mit mehreren Bildauf- bzw. BlaugehaJt der Aufnahmeszene wiedergeben, nahjneröhren zur Umwandlung unterschiedlicher

Primärfarben einer aufzunehmenden Szene in

elektrische Signale, die proportional zur Intensität ·——""■

der Primärfarben sind und den Farbinhalt des io

Bildes darstellen, gekennzeichnet durch

einen Intensitätsdetektor (17, 30), dem die Inten- Die Erfindung betrifft eine Kontrastkompressions-

sitätssignale zugeführt werden und der ein durch schaltung für ein Farbfernsehaufnahmesystem mit

das größte der Intensitätssignale bestimmtes Steu- mehreren Bildaufnahmeröhren zur Umwandlung un-

ersignal erzeugt, und durch eine Multiplizier- 15 terschiedlicher Primärfarben einer aufzunehmenden

schaltung (16, 23 bis 25), deren einem Eingang (X) Szene in elektrische Signale, die proportional zur

eines der Intensitätssignale und deren anderem Intensität der Primärfarben sind und den Farbinhalt

Eitigang (Y) das Steuersignal zugeführt wird und des Bildes darstellen.

die an ihrem Ausgang ein das Produkt dieser Gegenwärtig verwendet man bei Farbfernseh-

beiden Signale darstellendes vergrößertes Aus- ao kameras Gammakorrekturschaltungen in jedem Farb-

gangssignal liefert, welches die Intensität der be- kanal. Diese GammakorrekturschalfJOger kompen-

treffenden Farbe stärker als in der Szene erschei- sieren die Kontrasteigenschaften der Bildröhre des

Ben läßt. Empfängers. Ihre Aufgabe besteht darin, ein BiId-

2. Kontrastkompressionsschaltung nach An- signalgemisch zu liefern, welches im Empfänger trotz ipruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen »5 der durch die Bildröhre bedingten Nichtlinearitäten «Jen Intensitätsdetektor (17, 30) und die Multi- den Kontrastverhältnissen der Aufnahmeszene entplizieranordnung (16, 23 bis 25) ein Kontrast- sprechend wiedergegeben wird.

kompressionswähler (18, 28) geschaltet ist, welcher Auf der Aufnahmeseite treten jedoch Probleme auf,

das Steuersignal entsprechend einer gemäß einem wenn die Aufnahmeszene sehr kontrastreich ist. Ein

gewünschten Kontrastverhältnis gewählten vor- 30 typisches Beispiel hierfür sind Sportaufnahmen, bei

bestimmten Beziehung bearbeitet, wobei die mul- denen je nach der Tageszeit außerordentlich helle

tiplizierten Farbsignale die richtigen Anteile zwi- oder auch dunkle Bildteile auftreten köunen. Solche

sehen vorbestimmten Charakteristiken, wie sie Verhältnisse liegen etwa am spaten Nachmittag auf

vor der Multiplizierung vorliegen, aufrechterhalten einem Sportplatz vor, wo auf dem Spielfeld gleich-

imd dem gewünschten Kontrastverhältnis ent- 35 zeitig Flächen heller Sonnenbestrahlung und tiefen

sprechen. Schattens vorhanden sein können. Will der Kamera-

3. Kontrastkompressionsschaltung nach An- mann Details in einer dunklen Spielfeldhälfte aufspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vor- nehmen, so muß er die Blende der Kamera öffnen, bestimmte Beziehung für die gewünschte Kon- Dabei würde aber andererseits helles Sonnenlicht die trastkompression etwa gleich E_1n (γρ — 1) ist, 40 Kamera übersteuern. Schließt er andererseits die mit E_m = Leuchtdichte des Bildsignalgemisches Blende, dann erscheinen die dunklen Spielfeldteile für eine weiße Szene und γρ = Bildgammawert vollkommen schwarz. Man muß also in einem solchen (Dezimalziffer zwischen 0 und 1). Falle mit einem Kompromiß arbeiten, weil das Kon-

4. Kontrastkompressionsschaltung nach An- trastverhältnis zwischen Schwarz und Weiß bzw. Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere 45 Hell und Dunkel bei einer solchen Szene größer als Multiplizierschaltungen (23, 24, 25) mit jeweils 100:1 sein kann, während die Fernsehanlage nur einem ersten (X) und einem zweiten (Y) Eingang ein Kontrastverhältnis von 20:1 verarbeiten kann, und einem Ausgang vorgesehen ist, wobei den Bei den derzeit gebräuchlichen Systemen würde der ersten Eingängen jeweils ein unterschiedliches Kameramann also die Blende der Aufnahmekamera Farbsignal zugeführt wird, daß mit den Aus- 50 auf einen mittleren Wert einstellen. Weiter würde er gangen der Multiplizierschaltungen (23, 24, 25) versuchen, den g-oßen Kontrastbereich durch Verein Spitzenintensitätsdetektor (30) gekoppelt ist, Stärkung der Wirkung der einzelnen Gammakorrekwelcher ein durch das Farbsignal mit der jeweils turschaltungen im Rot-, Blau- und Grünkanal auf größten Intensität bestimmtes Steuersignal liefert, das maximal mögliche zu überbrücken. Dadurch verweiches einem Verstärker (28) zugeführt wird, 55 ringert er zwar die Signalamplitude, aber er muß dessen Ausgang mit den zweiten Eingängen (}') dabei eine Entsättigung der Farben in Kauf nehmen, der Multiplizierschaltungen (23 bis 25) derart ver- die zu Farbverfälschungen führt.

bunden ist, daß an den Ausgängen der Multipli- Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der

zierschaltungen andere Farbsignale entstehen, die Schaffung einer Möglichkeit zur gleichmäßigen Verjeweils mit dem gleichen Faktor multipliziert sind, 60 änderung der Verstärkung in den Farbkanälen zum so daß die Charakteristiken zwischen den ein- Zwecke der Aufrechterhaltung des relativen Beitrags zelnen Signalen mit den gleichen gegenseitigen jedes der Signale zur Bildung des Bildsignalgemisches. Verhältnissen wie vor ihrer Multiplikation bei- Die Erfindung soll eine Kompression des Kontrastbehalten werden. bereiches ermöglichen, wobei gleichzeitig sicherge-

5. Kontrastkompressionsschaltung nach An- 65 stellt wird, daß die jeweiligen vorbestimmten Verspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver- hältnisse zwischen den drei Primärfarben aufrechtstärker (28) das Steuersignal nach der Beziehung erhalten wird.

(a — bE₀) liefert, wobei α und b Konstanten und Diese Aufgabe wird bei einer Kontrastkompres-