DE3423112A1

DE3423112A1 - Digitales amplitudensieb mit steuerbarem siebpegel

Info

Publication number: DE3423112A1
Application number: DE19843423112
Authority: DE
Inventors: Thomas Vincent Merchantville N.J. Bolger
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1983-06-24
Filing date: 1984-06-22
Publication date: 1985-01-03
Also published as: JPH0438187B2; GB2142204B; ES8504415A1; HK60291A; ATA203184A; DE3423112C2; AU2946084A; US4573075A; CA1219344A; GB2142204A; FR2549316B1; IT8421416A0; AU572155B2; KR920010506B1; JPS60216675A; ES533504A0; AT386503B; GB8415639D0; IT1174006B; KR850000884A

Description

Digitales Amplitudensieb mit steuerbarem Siebpegel

05

Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale Signalverarbeitungsschaltung, insbesondere eine nach ihr als Amplitudensieb bezeichnete digitale "Signal-Coring-Schaltung" mit einstellbarem Coring-Schwellwert, der zumindest teilweise von dem der Amplitudensiebung zu unterziehenden (zu entkernenden) Digitalsignal abhängt. Die Erfindung eignet sich für die Verarbeitung digitaler Fernsehsignale in einem Fernsehempfänger.

Unter 'Coring"versteht man eine Signalverarbeitung, bei welcher Schwankungen von Signalen niedrigen Pegels, die häufig durch Rauschen bedingt sind, aus dem Signal entfernt werden, um das Signal/Rausch-Verhältnis zu verbessern. Bei Fernsehsignalen kann beispielsweise Rauschen durch den Übertragungsweg, HF-Tuner und -Verstärker, ZF-Verstärker oder externe Störquellen eingeschleust werden. Eine Entkernung oder Amplitudensiebung mit festem

Pegel, bei der Signalschwankungen geringen Pegels, die einen festen Schwellwert nicht überschreiten, entfernt werden, ist brauchbar bei einem Fernsehempfänger, weil dem Betrachter während einer dunklen Szene auftretendes Rausehen (helle Stellen in dunklem Hintergrund) mehr auffällt als in einer hellen Szene (dunkle Stellen in einem hellen Hintergrund). Daher ist es erwünscht, für niedrige Leuchtdichtesignalpegel (dunklere Szenen) eine höhere Siebschwelle und für helle Leuchtdichtesignalpegel (hellere Szene) eine relativ niedrigere Siebschwelle zu wählen. Eine Analogschaltung, welche diese gewünschte Eigenschaft für Fernsehempfänger mit analoger Signalverarbeitung bewirkt, ist in der US-Patentschrift 44 37 124 vom 13. März 1983 beschrieben (Titel: "DYNAMIC CORING CIRCUIT", Erfinder L.A. Cochran).

In einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung muß jedoch ein digitales Amplitudensieb die Amplitudensiebung bei Signalen durchführen, welche signalpegeldarstellende digitale Zahlen sind, anstatt bei diesen Signalpegeln selbst. Daher muß man eine digitale Schaltung benutzen, um ein Siebschwellenwertsignal zu erzeugen, aus diesem bei bestimmten Bedingungen ein Steuersignal abzuleiten und aufgrund dieses Steuersignals amplitudengesiebte (entkernte) Digitalsignale zu erzeugen.

Demgemäß enthält eine digitale Signalverarbeitungsschaltung gemäß der Erfindung eine Steuerschaltung, welche digitale Schwellwertsignale erzeugt, die in Abhängigkeit von digitalen Eingangssignalen steuerbar sind, ferner eine Vergleichsschaltung, welche die digitalen Eingangssignale mit den digitalen Schwellwertsignalen zur Erzeugung eines Torsignals vergleicht, und eine Torschaltung zur Erzeugung von digitalen Ausgangssignalen in Abhängigkeit von den digitalen Eingangssignalen und dem

Torsignal.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein teilweise in Blockdarstellung ausgeführtes Schaltbild einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält;

Fig. 2 und 4 Übertragungsfunktionen zur Erläuterung der Schaltung nach Fig. 1; und

Fig. 3, 5 und 6 teilweise in Blockform ausgeführte Schaltbilder von Ausführungsbeispielen für Teile der Schaltung nach Fig. 1.

In den Zeichnungen stellen breite Pfeile Signalwege für parallele Digitalsignale mit mehreren Bit dar, während die Linienpfeile Signalwege für serielle Digitalsignale (Ein-Bit) bedeuten.

Fig. 1 zeigt einen Teil einer digitalen Signalverarbeitungsschaltung eines Fernsehempfängers, bei welchem Leuchtdichtesignale digital verarbeitet werden. Die Erfindung ist generell anwendbar, jedoch hier im Zusammenhang mit dem Leuchtdichtesignalverarbeitungsteil eines Fernsehempfängers beschrieben, weil hier die digitale Amplitudensiebung unter Steuerung durch einstellbare digitale Schwellwertsignale mit Vorteil anwendbar ist.

Die digitale Addierschaltung 10 ist eine Quelle breitbandiger digitaler Leuchtdichtesignale Y_w, welche sie durch Addition vertikaler Detailinformation, die im kammgefilterten digitalen Farbsignal C„ enthalten ist, mit kammgefilterten digitalen Leuchtdichtesignalen Y_c erzeugt. Die Größe der digitalen Leuchtdichtesignale Y als

Funktion der Frequenz f ist in Fig. 2 gezeigt, in welcher das breitbandige digitale Leuchtdichtesignal Y_w entsprechend bezeichnet ist.

Das digitale Filter 12 der Fig. 1 erhält breitbandige digitale Leuchtdichtesignale Y„ und liefert tiefpaßgefilterte digitale Leuchtdichtesignale Y , welche die relativ niedrigerfrequenten Komponenten der Signale Y_w enthält. Das Filter 12 erzeugt auch bandpaßgefilterte digitale Leuchtdichtesignale Y„, welche die relativ höherfrequenten Komponenten des Signals Y_w enthalten. Die gefilterten digitalen Leuchtdichtesignale Y₁. und Y_ sind

L· ο

vorzugsweise in Frequenzspektrumsgröße im wesentlichen 15

komplementär, wie die Kurven Y_T und Y„ in Fig. 2 zeigen.

/Jj 15

Ein Ausführungsbeispiel des Digitalfilters 12 enthält gemäß Fig. 3 ein mehrstufiges Schieberegister 14, welches verzögerte Abbilder der breitbandigen digitalen Leuchtdichtesignale Y„ an seinen verschiedenen Ausgängen in Abhängigkeit von den Eingangssignalen Y.. und einem nicht dargestellten Taktsignal liefert. Die verzögerten digitalen Leuchtdichtesignale, die an den Abgriffen des Schieberregisters 14 entstehen, werden durch digitale Gewichtungsschaltungen W1, W2 und W3 gewichtet, die beispielsweise digitale Multiplizierschaltungen sein können. Die Werte der Gewichtskoeffizienten der Gewichtungsschaltungen W1, W2 und W3 bestimmen den Frequenzgang des Digitalfilters 12 in bekannter Weise.

Die digitale Addierschaltung 16 summiert die gewichteten verzögerten Leuchtdichtesignale zu bandpaßgefilterten digitalen Leuchtdichtesignalen Y_. Ein Ausgangsabgriff an der mittleren Stufe des Schieberegisters 14 liefert verzögerte breitbandige digitale Leuchtdichtesignale YJ, von denen die bandpaßgefilterten digitalen Leuchtdichtesignale Y_ß mittels einer Subtrahierschaltung 18

subtrahiert werden zu tiefpaßgefilterten digitalen Leuchtdichtesignalen Y_T. Auf diese Weise s und Y_ im wesentlichen komplementär.

dichtesignalen Y_T. Auf diese Weise sind die Signale Y_

Die Steuerschaltung 40 für das digitale Amplitudensieb gemäß Fig. 1 erzeugt digitale Schwellwertsignale Y , deren Größen in Abhängigkeit von den tiefpaßgefilterten digitalen Leuchtdichtesignalen Y_T gesteuert werden. Es sei zuerst angenommen, daß die Pegel der digitalen Leuchtdichtesignale Y relativ hoch sind, entsprechend einem hellen Bild, so daß die digitalen Schwellwertsignale Y einen relativ niedrigen WErt Y__w haben. Das digitale Amplitudensieb 20 reagiert auf die digitalen Schwellwertsignale Y_„ mit der Erzeugung bandpaßgefilterter digitaler Leuchtdichtesignale Y_R als amplitudengesiebte digitale Leuchtdichtesignale Y₀₀, wenn die Größe der Signale Y_n

tJC si

diejenige der digitalen Schwellwertsignale Y „ übersteigt. Die ausgezogene Übertragungskennlinie 120-124-122-124'-128 der Signale Y_ß bis Y _ gemäß Fig. 4 enthält Teile 120, 128, welche diesen Zustand veranschaulichen. Wenn die Größe der Signale Y_ß unter derjenigen von Y_TW' liegt, dann werden digitale Nullsignale als amplitudengesiebte digitale Leuchtdichtesignale Y₀₀ erzeugt, wie der Teil 122 in Fig. 4 zeigt.

Als nächstes sei angenommen, daß die Pegel der digitalen Leuchtdichtesignale Y_ relativ niedrig seien, entspre-

L·

chend einem dunklen Bild, so daß die digitalen Schwellwertsignale Υ_φ, welche vom Amplitudensieb 40 erzeugt werden, einen relativ hohen Wert Y_Tß haben. Das digitale Amplitudensieb 20 hat dann eine Übertragungskennlinie, wie sie durch die unterbrochene Linie in Fig. 4 veranschaulicht wird, mit Abschnitten 1 20-1 26-122-126'-128, welche die Amplitudensiebung der Signale Y_ß über eine relativ größeren Entkernungsbereich (also -Y_TB bis ^+Y _TB) ^zur Erzeugung der amplitudengesiebten Signale Y_BC veranschau-

lichen.

Ein Ausführungsbeispiel für die Steuerschaltung 40 des digitalen Amplitudensiebs 20 und für dieses selbst ist in Fig. 5 gegeben. Die Steuerschaltung 40 enthält eine digitale Subtrahierschaltung 42, welche Differenzsignale aus den tiefpaßgefilterten digitalen Leuchtdichtesignal Y_T und dem digitalen Bezugssignal Y₀₁,,-,, das von der Bezugssignalquelle 46 geliefert wird, bildet. Die Größe von Υ_ητιτ> ist beispielsweise näherungsweise diejenige,

Kür

die einen hellen Weitbildpegel (weiß) des Leuchtdichtesignals entspricht. Für ein helles Bild (weiß) erreicht die Größe des Differenzsignals somit Null, udn für ein dunkles bild (schwarz) etwa 100% der Größe von Y_T. Die digitale Verschiebeschaltung 44 dividiert das Differenzsignal durch eine Zahl N und erzeugt das Schwellwertsignal Y_. Günstige Zahlen N sind gerade Potenzen von zwei, also 2, 4, 8, 16 usw. Mathematisch gesehen, erzeugt die Steuerschaltung 40 gemäß Fig. 5 in steuerbarer Weise das digitale Schwellwertsignal Y_T nach der Gleichung:

Y_T 0 (1/N) Ty_ref - Y₁J. (1)

Vorzugsweise wählt man den Bezugspegel Υ_Ώτηι-, mit etwa

Kür

100% des Leuchtdichtepegels für ein helles Bild (voller Leuchtdichtepegel) und den Teilungsfaktor mit acht. Damit erhält man einen steuerbaren Amplitudensiebpegel, der sich zwischen einem Minimum von 0% für helle Bilder und einem Maximum von 121/2% für dunkle Bilder ändert. Diese Pegel entsprechen im wesentlichen den Amplitudensiebschwellwertbereich von 0 bis 10%, der sich für analoge Fernsehempfänger als zufriedenstellend erwiesen hat und bei dem die digitale Steuerschaltung 40 günstigerweise einfach ist.

Das Amplitudensieb 20 nach Fig. 5 enthält eine digitale

Vergleichsschaltung 30, welche die bandpaßgefilterten digitalen Leuchtdichtesignale Y_n mit den digitalen Schwellwertsignalen Y_T vergleicht und das Tastsignal GS erzeugt. Das Amplitudensieb 20 enthält ferner mehrere UND-Tore 22, 24...28, von denen jedem ein Bit des digitalen Signals Y an einem ersten Eingang zugeführt wird. Den zweiten Eingängen der UND-Tore 22, 24...28 werden Tastsignale GS zugeführt. Wenn die Größe von Y₀ diejenige von Y_ übersteigt, dann erzeugt die Vergleichs-Schaltung 30 ein Tastsignal GS mit einem hohen Digitalpegel zur Aktivierung der UND-Tore 22, 24...28, so daß das Signal Y als amplitudengesiebtes bandpaßgefiltertes

digitales Leuchtdichtesignal Y_n^, durchgelassen wird; anti L.

dernfalls erzeugt die Vergleichsschaltung 30 das Signal GS zur Sperrung der UND-Tore 22, 24 ...28, die dann ein Signal Y~._n mit der vorbestimmten Amplitude von Null (also sämtliehe Bits sind Null) erzeugen.

Ein Ausführugnsbeispiel der digitalen Vergleichsschaltung 30 ist eine digitale Fenster-Vergleichsschaltung 30', wie sie Fig. 6 zeigt. Wenn die Größe der digitalen Signale Y_n diejenige der digitalen Schwellwertsignale Y_m

Jd 1

in Richtung positiver Polarität übersteigt, dann erzeugt die Vergleichsschaltung 22 ein Ausgangssignal mit einem Aktivierungspegel, welches über ein ODER-Tor 38 als Tastsignal GS verfügbar ist. Eine Negativierungsschaltung 36 wandelt das Signal Y^₁ in ein digitales Schwellwertsignal -Y„ negativen Wertes um, welches der digitalen Vergleichsschaltung 34 zugeführt wird. Ist die Größe von Y_ negativer als diejenige von -Y_m, dann erzeugt die

JB 1

Vergleichsschaltung 34 ein Ausgangssignal mit einem Aktivierungspegel, welches über das ODER-Tor 38 als Torsignal GS verfügbar ist. Liegt Y„ zwischen den Werten von Y und -Y_T oder ist es gleich einem dieser Werte, dann erzeugt keine der Vergleichsschaltungen 32 und 34 ein Ausgangssignal mit Aktivierungspegel, und das Torsignal GS

sperrt die UND-Tore 22, 24 ...28 in der bereits beschriebenen Weise.

Die Anhebungssteuerschaltung 52 gemäß Fig. 1 reagiert beispielsweise auf bandpaßgefilterte digitale Leuchtdichtesignale Y_n mit der Erzeugung eines Multiplizierungskoeffizienten, welcher einer Anhebungsmultiplizierschaltung 50 zugeführt werden. Die Schaltung 50 multipliziert die amplitudengesiebten digitalen Signale Y_n mit diesem Koeffizienten zu multiplizierten digitalen Leuchtdichtesignalen Y-., welche die in Fig. 2 durch die mit Y_M bezeichnete Kurvenschar veranschaulichte Charakteristik haben. In diesem Zusammenhang wird auf die US-Patentanmeldung USSN 507 554 vom 24. Juni 1983 verwiesen (Titel: "DIGITAL SIGNAL PEAKING APPARATUS WITH CONTROLLABLE PEAKING LEVEL"), Erfinder: T.V. Böiger, wo die Steuerschaltung 52 für die Signalanhebung näher beschrieben ist.

Die breitbandigen digitalen Leuchtdichtesignale Y„ werden zeitlich durch eine digitale Verzögerungsschaltung 56 verzögert, welche verzögerte digitale Leuchtdichtesignale Y-, erzeugt. Die Verzögerungsschaltung 56 ist beispielsweise ein Schieberegister, dessen Stufenzahl so gewählt ist, daß die Zeitverzögerung im wesentlichen gleich derjenigen ist, die auf den Signalwegen 12, 20 und 50 bei der Erzeugung der multiplizierten digitalen Leuchtdichtesignale Y_M aufgrund der breitbandigen digitalen Leuchtdichtesignale Y„ eintritt.

Die digitale Addierschaltung 54 kombiniert die verzögerten breitbandigen digitalen Leuchtdichtesignale Y mit den multiplizierten, in steuerbarer Weise amplitudengesiebten digitalen Leuchtdichtesignalen Y_M zu angehobenen Leuchtdichtesignalen Y_. Fig. 2 veranschaulicht weiterhin eine Kurvenschar von Kennlinien der Amplitude über der Frequenz

für die angehobenen digitalen Leuchtdichtesignale Y , welche die Summe entsprechender Kurven der Kurvenschar Y und Y darstellen (welche ein Maß für Y sind).

Es sei darauf hingewiesen, daß der Multiplikationsfaktor, der von der Anhebungsschaltung 52 erzeugt wird, genügend klein sein kann, so daß die Signale Y hinsichtlich ihrer Amplitude unbedeutend gegenüber dem breitbandigen digitalen Leuchtdichtesignalen Y_w, Y sind. In diesem Falle werden die Leuchtdichtesignale Y_p nicht angehoben.

Als Beispiel für digitale Signalpegel in einem Fernsehempfänger mit einem Videosignalgemisch von acht Bit (256 Pegel) bei der Analog/Digital-Umwandlungsdigitalisierung seien folgende Werte angegeben. Die hier genannten Digitalpegel sind als Dezimaläquivalente von Digitalzahlen ausgedrückt. Es sei angenommen, daß der Digitalpegel 0 der Synchronimpulsspitze bei -40 IRE Amplitudeneinheiten und der Digitalpegel 256 einen Pegel jenseits von ganz weiß bei +120 IRE Amplitudeneinheiten des Videosignalgemisches liege. Dann entsprechen der Schwarzpegel (0 IRE Einheiten) und der Weißpegel (100 IRE Einheiten) den Digitalpegeln 64 bzw. 224. Der digitale Bezugspegel wird mit 224 gewählt, und N wird mit acht gewählt. Bei dieser Anordnung erzeugt die Steuerschaltung 40 einen Amplitudensiebschwellwertpegel für einn im wesentliches weißes Bild gemäß

Y_TW = (1/8) Γ224 - 224J = 0 (2)

entsprechend der oben genannten Gleichung (1). Ähnlich ist der Amplitudensiebschwellwertpegel für ein im wesentlich schwarzes Bild:

= (1/8) Γ224 - 64Ü = 160/8 = 20. (3)

Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß die Amplitudensiebung gemäß der Erfindung die grundsätzliche Bildinformation und die in den breitbandigen digitalen Leuchtdichtesignalen Y„ und Y dargestellten Details nicht beeinflußt. Die Amplitudensiebung verhindert lediglich ein Anwachsen der relativ niedriger pegeligen höherfrequenten Signalkomponenten, wie es andernfalls durch die Anhebungsschaltung erfolgen würde, bei welcher die Erfindung angewandt wird. Noch wichtiger ist jedoch, daß die Betonung dieser höherfrequenten Sxgnalkomponenten in einem stärkeren Ausmaß durch die Erfindung für relativ dunklere Bilder reduziert wird, in denen Rauschen bzw. Störungen für den Betrachter noch auffälliger sind als bei relativ helleren Bildern, wo solche Störungen weniger auffällig sind.

Claims

Digitales Amplitudensieb mit steuerbarem Siebpege1

Patentansprüche

Digitale Signalverarbeitungsschaltung gekennzeichnet durch eine erste Quelle (10) zur Lieferung von zu verarbeitenden digitalen Eingangssignalen (Y_w)/ ein mit der ersten Quelle gekoppeltes digitales Filter (12) zur Erzeugung erster und zweiter digitaler Signale (Y_, bzw. Y- ), die relativ höhere bzw. niedrigere Frequenzkomponenten der digitalen Eingangssignale enthalten, durch eine mit dem Digitalfilter gekoppelte und durch die zweiten digitalen Signale steuerbare digitale Steuerschaltung (40) zur Erzeugung digitaler Schwellwertsignale, und durch eine mit dem Digitalfilter und der digitalen Steuerschaltung gekoppelte digitale Signalverarbeitungsschaltung (20), die eine Vergleichsschaltung (30) zum Vergleich der ersten digitalen Signale mit den digitalen Schwellwertsignalen enthält und die ersten

Digitalsignale auf ein erstes Vergleichsergebnis hin als Ausgangssignal (Y_n,-,) und ein vorbestimmtes Digitalsignal auf ein zweites Vergleichsergebnis hin als Ausgangssignal (Y,,,-,) liefert.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das digitale Filter (12) enthält:

eine Verzögerungseinrichtung (14) zur Erzeugung fortschreitend verzögerter Werte der digitalen Eingangssignale an aufeinanderfolgenden Abgriffen, eine Mehrzahl von Gewichtungsschaltungen (W1, W2, W3), die jeweils an unterschiedliche Abgriffe gekoppelt sind und die aufeinanderfolgend verzögerte Werte gewichten, eine digitale Kombinationsschaltung (16), die mit den Gewichtungsschaltungen gekoppelt ist und die von diesen gelieferten gewichteten digitalen Werte zu den ersten Digitalsignalen (Y_n) kombiniert, und eine zweite digitale Kombinationsschaltung (18), die mit der ersten digitalen Kombinationsschaltung und der Verzögerungseinrichtung gekoppelt ist und die ersten digitalen Signale mit den an einen vorbestimmten Abgriff gelieferten verzögerten Werten zu den zweiten digitalen Signalen kombiniert.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Steuerschaltung (40) eine zweite Quelle (46) zur Lieferung eines digitalen Bezugssignals und eine zweite Vergleichsschaltung (42) zur Erzeugung der digitalen Schwellwertsignale in Abhängigkeit von den relativen Größen der zweiten digitalen Signale und des digitalen Bezugssignals enthält.
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vergleichsschaltung (42) eine Einrichtung zur Erzeugung der digitalen Schwellwertsiganle in

Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Größen der zweiten digitalen Signale und des digitalen Bezugssignals enthält.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die digitalen Schwellwertsignale erzeugende Schaltung eine Divisionsschaltung (44) zum Dividieren der Differenz zwischen den Signalgrößen durch eine konstante Zahl enthält.
10
6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Divisionsschaltung eine digitale Verschiebungsschaltung (44) enthält und daß die konstante Zahl 2 ist, wobei N eine positive ganze Zahl ist.
7. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit der ersten Quelle (10) gekoppelte Verzögerungseinrichtung (56) zur Verzögerung der digitalen Eingangssignale und durch eine mit der digitalen Signalverarbeitungsschaltung und der Verzögerungseinrichtung gekoppelte Kombinationsschaltung (54) zur Kombination der von der digitalen Signalverarbeitungsschaltung erzeugten Ausgangssignale mit den von der Verzögerungseinrichtung gelieferten verzögerten digitalen Eingangssignalen zu den verarbeiteten digitalen Signalen (Y_p).
8. Schaltung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine digitale Maßstabsschaltung (50), die mit der digitalen Signalvearbeitungsschaltung (20) und der Kombinationsschaltung (54) gekoppelt ist und die Größe der von der digitalen Signalverarbeitungsschaltung gelieferten Ausgangssignale maßstäblich verändertund der Kombinationsschaltung zuführt.