DE3789209T2 - Vorrichtung zur Verarbeitung eines Fernsehsignals mit Steigzeitnormalisierung und Rauschminderung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung eines Fernsehsignals und insbesondere auf eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung eines Leuchtdichtesignals mit Steigzeitnormalisierung, vorzugsweise in Kombination mit HF-Rauschminderung Eine durchaus bekannte Technik, das Hintergrundrauschen bei Video- Signalen zu verringern ist, HF-Signalanteile niedriger Amplitude selektiv zu entfernen (oder wenigstens zu dämpfen). Bei einem Typ einer bekannten Leuchtdichteverarbeitungsschaltung eines Fernsehempfängers erfolgt das Entfernen durch Subtraktion eines festen Offsets von allen Pegeln des Schärfe- oder Spitzensignals. Die Übertragungskennlinie eines dazu verwendeten Verstärkers bei der bekannten Verarbeitungsschaltung ist in Fig. 1 dargestellt. In dieser Figur ist die gezogene Linie a eine Auftragung des Spitzensignals als Funktion des empfangenen Signals. Die gestrichelte Linie b erstreckt sich parallel zu der Linie a und bezeichnet dieselbe Übertragungskennlinie, nun aber ohne festen Offset. Die linke vertikale gestrichelte Linie bezeichnet die Größe des Offsets, oder, mit anderen Worten, die Menge, um die der Zuschauer das Schärfe- oder Spitzensignal bei mittleren Übergängen steigern muß um dieselbe Schärfe zu erhalten, die er bei einer linearen Übertragung ohne Offset erhalten hätte. Die Linie d zeigt die Übertragungskennlinie auf dem gesteigerten Pegel. Es sei bemerkt, daß diese Kennlinie zu einer extremen Spitze führt bei Übergängen mit hohem Pegel. Dieses "Überschießen" ist unerwünscht.
• Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Tatsache, daß in zur Zeit bekannten Leuchtdichte-Verarbeitungsschaltungen der obengenannte vom Benutzer gewählte Spitzenpegel durch Einhaltung der maximalen Amplitude der ersten und zweiten Abgeleiteten des Spitzen-Leuchtdichtesignals über die ganze Szene hinweg, und danach durch Konstanthaltung dieses Quasi-DC-Pegels durch negative Rückkopplung zu einem verstärkungsgeregelten Verstärker, beibehalten wird. Dieses Verfahren funktioniert gut bei Szenen, welche dieselbe Größe des maximalen Leuchtdichteschrittes aufweisen, beispielsweise bei Testbildern. Es führt jedoch nicht zu befriedigenden Ergebnissen beim üblichen Video-Bildmaterial. Wenn die Schärfenregelung anfangs für ein angenehmes Bild bei "Durchschnitts"-Szenenmaterial eingestellt worden ist, werden Schirme mit vollen Übergängen dazu neigen, die Spitze nicht zu erreichen, während solche mit minimalen Übergängen (beispielsweise bei einer Ausblendung nach Schwarz) die Neigung aufweisen, über die Spitze hinaus zu gehen und zu rauschen.
• Zum Schluß wurde gefunden, daß bei einem bekannten Fernsehempfänger die oben beschriebenen "Coring" - (Amplitudenkernunterdrückungsrauschreduzierung) und Auto-Schärfenregelschaltungen mit der "Coring"-Schaltung vor der Auto-Schärfenregelschaltung in Kaskade geschaltet sind. Resultierende Wellenformen bei einem normalen eintreffenden Video-Signal und bei einem verschmiert eintreffenden Video- Signal sind auf der linken Seite in Fig. 2 bzw. der rechten Seite in Fig. 2a dargestellt. Es sei bemerkt, daß das verschmierte Bild ein Spitzensignal (Fig. 2b) geringerer Amplitude hat. Die Wellenformen nach "Coring" in den betreffenden Fällen sind in Fig. 2c dargestellt. Es sei bemerkt, daß das verschmierte eintreffende Signal zu einem relativ großen Null-Ausgangsspitzensignal zwischen den positiven und negativen Halbwellen führt, da ein fester Amplitudenkern ausgenommen worden ist. Wie in Fig. 2d dargestellt, hat das Ausgangssignal der bekannten Auto-Schärfenregelschaltung, die das bekannte in Fig. 2c dargestellte "Coring"-Signal erhält, andere effektive "Coring"- Größen je nach dem Typ des empfangenen Signals. Die "Coring"-Größe für das verschmierte Signal kann zu groß sein um es zu akzeptieren.
• In US-A-4.009.334 wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Rauschminderung in einem Video-Signal beschrieben, wobei der NF-Anteil durch Filterung dem Video-Signal entnommen wird; der NF-Anteil wird danach von dem Video-Signal subtrahiert zum Erhalten eine HF-Anteils; der HF-Anteil wird "kernunterdrückt" zum daraus Entfernen der Teile mit geringer Amplitude; und der "kernunterdrückte" HF- Anteil wird mit dem NF-Anteil kombiniert zum Erzeugen eines Video-Signals mit verringertem Rauschwert. Das Dokument beschreibt also eine Video-Rauschverringerungsschaltung mit einer "Coring"-Schaltung. Die "Coring"-Schaltung weist einen Eingangsanschluß auf, von dem das Eingangs-Video-Signal einem Puffer zugeführt wird. Der Puffer schafft eine Stromverstärkung für das Signal. Weiterhin wird das Eingangs-Video-Signal einer Anzahl Vergleichsschaltungen zugeführt, deren Ausgänge einen Schalter betätigen zum Hindurchlassen des Ausgangssignals des Puffers wenn die Amplitude des Eingangs-Video-Signals einen minimalen Absolutwert hat.
• Es ist u. a. eine Aufgabe der Erfindung eine Anordnung zu schaffen zum Liefern eines erwünschten Fernsehsignals mit im wesentlichen konstanten Übergangszeiten, unabhängig von der Amplitude der Übergänge. Dazu schafft ein Aspekt der Erfindung eine Anordnung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen definiert.
• Die erfindungsgemäße Anordnung weist eine Schaltungsanordnung auf, die ein Fernsehspitzensignal mit nahezu konstanten Übergangszeiten liefert unabhängig von der Amplitude der Übergänge. Ein Signalprozessor mit einem verstärkungsgeregelten Verstärker erhält das eintreffende Video-Signal, das Übergänge erfährt mit variierenden Amplituden und variierenden Perioden. Eine Rückkopplungsschaltung erzeugt ein verstärkungsgeregeltes Signal, das unabhängig ist von der Übergangsamplitude. Wenn dieses verstärkungsgeregelte Signal dem verstärkungsgeregelten Verstärker zugeführt wird zur Regelung der Verstärkung desselben, ist das resultierende Video- Ausgangssignal ein Fernsehsignal mit nahezu konstanten Übergangszeiten unabhängig von der Amplitude der Übergänge.
• In einer Ausführungsform erzeugt eine erste Rückkopplungsschaltung ein Rückkopplungssignal, das eine Amplitude aufweist, die als Funktion der Übergangsamplituden und der Übergangszeit variiert. Eine zweite Rückkopplungsschaltung erzeugt ein zweites Rückkopplungssignal, dessen Amplitude unabhängig ist von der Übergangszeit, aber als Funktion der Übergangsamplitude variiert. Das Verstärkungsregelsignal wird von den beiden Rückkopplungssignalen erhalten, und zwar durch Subtraktion des ersten von dem zweiten Signal.
• Dieser und andere Aspekte der Erfindung dürften aus den dargestellten und nachstehend beschriebenen Ausführungsformen hervorgehen. Es zeigen:
• Fig. 1 eine Übertragungskennlinie einer bekannten "Coring"-Schaltung,
• Fig. 2 Wellenformen aus bekannten falsch verbundenen "Coring"- und Auto-Schärfenregelungsschaltungen;
• Fig. 3 eine Darstellung einer bevorzugten Übertragungskennlinie einer "Coring"-Schaltung;
• Fig. 4 eine schematische Darstellung einer bevorzugten "Coring"- Schaltung; und
• Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Leuchtdichte-Verarbeitungsschaltung, welche die vorliegende Erfindung beinhaltet.
• Die in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verwendete "Coring"- oder Rauschverringerungsschaltung hat eine Übertragungskennlinie, wie in Fig. 3 dargestellt. Es sei bemerkt, daß die Kennlinie zwei Punkte Wendepunkte jeder Polarität aufweist und für Signale die einen bestimmten Absolutwert überschreiten dasselbe liefert wie eine lineare Übertragungskennlinie. Diese Kennlinie läßt sich durch Verwendung eines Übertragungsgatters, eines Schalters oder eines Amplitudenmodulators leicht ausbilden, der das Spitzensignal sperrt, solange der Absolutwert der Eingangssignalamplitude kleiner ist als eine vorbestimmte Schwellenamplitude.
• In dem "Coring"-Schaltplan nach Fig. 4 wird der Leuchtdichtestrom durch Iin bezeichnet. Er erzeugt ein Potential Vin am Eingangsanschluß 10. Dieser Anschluß 10 ist über einen Widerstand 11 mit dem Bezugspotential verbunden (beispielsweise 1/2 Vcc Volt). Von zwei Widerständen 12 und 14 ist ein gemeinsamer Punkt mit Vref verbunden. Die anderen Enden der Widerstände 12 und 14 sind mit der Emitter- Kollektor-Schaltung eines Transistors 16 bzw. 18 verbunden. Eine vom Zuschauer gemachte äußere "Coring"-Schwelleneinstellung (siehe auch Fig. 5, wobei der "Coring"-Größeneingang mit dem nicht-invertierenden Eingang der Vergleichsschaltung 61 verbunden ist) steuert die den betreffenden Basiselektroden der Transistoren zugeführte Vorspannung, unmittelbar im Falle des Transistors 18 und über die mit den Transistoren 16 und 18 parallelgeschalteten Transistoren 15 und 17 im Falle des Transistors 16.
• Vin wird ebenfalls einer Seite einer ersten Vergleichsschaltung 20 und einer zweiten Vergleichsschaltung 22 zugeführt. Der andere Vergleichseingang der Vergleichsschaltung 20 erhält die Spannung Vu am Kollektor des Transistors 16. Die andere Vergleichsseite der Vergleichsschaltung 22 ist auf entsprechende Weise verbunden zum Empfangen der Spannung Vl am Kollektor des Transistors 18. Die Ausgänge der Vergleichsschaltung sind mit der Basis eines Transistors 23 verbunden, der einen Teil eines Übertragungsgatters 24 bildet. Das Ausgangssignal des Übertragungsgatters 24 ist an einem Anschluß 25 verfügbar. Wie in dem Gesamtblockschaltbild in Fig. 5 dargestellt, wird das Ausgangssignal danach nach etwaiger Schußbegrenzung mit dem eintreffenden Leuchtdichtesignal kombiniert. Eine Schußbegrenzungsschaltung ist nicht wesentlich zum Verständnis der vorliegenden Erfindung. Deswegen wird als weiter nicht beschrieben.
• Die oben beschriebene Schaltungsanordnung funktioniert wie folgt. Eine durch den Zuschauer gemachte Einstellung der äußeren "Coring"-Einstellung ("Coring"- Größe) ändert die Vorspannung des Transistors 18 und des Transistors 16. Die Stromfluß durch die beiden Transistoren ändert sich, was an sich wieder den Spannungsabfall an den Widerständen 12 und 14 ändert. Die Spannungen Vu und Vi ändern sich entsprechend. Die Spannung u wird einer Seite der Vergleichsschaltung 20 zugeführt, während die andere Seite der Vergleichsschaltung 20 die Spannung Vin erhält. Es fließt nur dann ein Ausgangsstrom Iu, wenn die Spannung Vin positiver ist als die Spannung Vu. Andererseits wird die Spannung Vl einer Seite der Vergleichsschaltung 22 zugeführt, deren andere Seite ebenfalls die Spannung Vin erhält. Es fließt aber nur dann ein Strom Il, wenn die Spannung Vin negativer ist als die Spannung Vl. Alle Basis- Elektroden der Transistoren, die das Übertragungsgatter 24 bilden, sind in Balance, wenn der Strom Iu und der Strom Il beide Null sind. Entweder der Strom Il oder der Strom Iu werden das Übertragungsgatter in den "Ein"-Zustand steuern. Da Vm der Basis des Transistors 23 zugeführt wird und der Kollektor dieses Transistors mit dem Eingang des Übertragungsgatters 24 verbunden ist, führen Änderungen in Vin zu entsprechenden Änderungen am Ausgang 25 des Übertragungsgatters 24 solange der Strom Vu oder ein Strom Il fließt, d. h. solange die Größe von Vin einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Das Ausgangsstromsignal Ip, das bei 25 verfügbar ist, ist ein Spitzensignal, das entsprechend den Wünschen des Zuschauers eingestellt ist und nahezu frei von HF-Rauschanteile geringer Amplitude ist.
• Die Gesamt-Leuchtdichte-Verarbeitungsschaltung, welche die vorliegende Erfindung beinhaltet, ist in dem Blockschaltbild nach Fig. 5 dargestellt. In Fig. 5 wird das CVBS-Video-Signaleingangssignal am Anschluß 50 empfangen. Die Farbart- und Leuchtdichtesignale werden durch eine Schaltungsanordnung voneinander getrennt, die nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung ist. Das Chrominanzsignal ist an dem Anschluß 52 verfügbar, während das wiederhergestellte kombinierte Leuchtdichtesignal an der Leitung 54 geliefert wird. Das Leuchtdichtesignal wird in einer Schaltungsanordnung, die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 56 angegeben ist, einer Frequenzstoßantwortentzerrung ausgesetzt und über ein Koppelnetzwerk einem Spitzenfilter der Leuchtdichtesignal-Verarbeitungsschaltung zugeführt. Derjenige Teil der Leuchtdichtesignal-Verarbeitungsschaltung, der die vorliegende Erfindung beinhaltet, befindet sich auf der rechten Seite einer durch das Bezugszeichen 55 bezeichneten gestrichelten Linie. Die Spitzen-Verarbeitungsschaltung erhält das Leuchtdichtesignal und führt dies unmittelbar einer Summierschaltung 62 zu. Außerdem erhält sie von einer äußeren Spitzenfilterschaltung ein Spitzeneingangssignal, das geeignet ist zum Erzeugen eines Spitzensignal. In dem in Fig. 5 dargestellten Beispiel ist es die Differenz zwischen YCE(LP) und Y'CE(LP) Das Spitzeneingangssignal wird einem verstärkungsgeregelten Verstärker 64 zugeführt, der ein Verstärkungsregelsignal an der Leitung 66 erhält. Das Ausgangssignal des Verstärkers 64 wird zwei in Fig. 4 detailliert dargestellten und oben beschriebenen Schwellenvergleichsschaltungen zugeführt. In Fig. 5 sind die Schwellenvergleichsschaltungen durch die Bezugszeichen 60 bzw. 61 bezeichnet. Die Ausgänge der Schwellenvergleichsschaltungen werden über ein durch den Verbindungsknoten der Leitungen mit den Strömen Iu bzw. Il gebildetes ODER-Gatter 63 mit dem Übergangsgatter 67 verbunden.
• Das Ausgangssignal der Stufe 64 wird ebenfalls einer (nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung bildenden) Schußbegrenzungsverstärkerstufe zugeführt, deren Ausgangssignal dem Übertragungsgatter 67 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Übertragungsgatter 67 wird dem zweiten Eingang der Summierstufe 62 zugeführt. Die "Coring"-Schaltung 60, 61, 63, ggf. die Schußbegrenzungsstufe 65 und die Summierstufe 62 werden hier als zusätzliche Mittel bezeichnet. Das mit dem Bezugszeichen 68 angegebene Ausgangssignal der Summierschaltung 62 wird einem Hochpaßfilter 70 zugeführt, dessen Grenzfrequenz etwa 4 MHz beträgt. Das Signal wird weiterhin einem zweiten Hochpaßfilter 72 zugeführt, dessen Grenzfrequenz bei etwa 250 kHz liegt. Der Ausgang des Filters 70 ist über einen Spitzendetektor mit einer Diode 64 und einem Kondensator 76 mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 78 verbunden. Der Ausgang des Filters 72 ist über einen verstärkungsgeregelten Verstärker 80 und einen aus einer Diode 82 und einem Kondensator 84 bestehenden Spitzendetektor mit dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 78 verbunden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 78 wird nach Filterung durch einen Kondensator 86 dem Regeleingang des verstärkungsgeregelten Verstärkers 64 zugeführt. Die oben beschriebenen Schaltungsanordnungen arbeiten wie folgt. Das eintreffende Leuchtdichtesignal wird einem Summiereingang der Summierschaltung 62 zugeführt. Außerdem wird das zu dem Leuchtdichtesignal hinzuzuaddierende Spitzensignal über die "Coring"-Schaltung 60, 61, 63 dem zweiten Summiereingang der Summierstufe 62 zugeführt. Die Wirkung dieser Schaltungsanordnung wurde bereits oben detailliert beschrieben und wird hier deswegen nicht wiederholt. Das Ausgangssignal der Summierschaltung 62 wird über zwei Rückkopplungsschaltungen zurückgekoppelt. Die erste Rückkopplungsschaltung enthält das Hochpaßfilter 70. Durch die hohe Grenzfrequenz, nämlich 4 MHz, wird das Ausgangssignal dieses Filters Anteile aufweisen, die als Funktion der Amplitude des spezifischen Übergangs sowie als Funktion der Änderungsrate der Amplitude, d. h. der Zeit, die erforderlich ist um den Übergang durchzuführen, variieren. Andererseits wird das Signal am Ausgang des Filters 72, das ein Teil der zweiten Rückkopplungsschaltung ist, im wesentlichen nur als Funktion der von dem Signal während des Übergangs erfahrenen Änderung in der Amplitude variieren. Nach der Spitzendetektion wird das Ausgangssignal des Filters 70 vom dem des Filters 72 in dem Differenzverstarker 78 subtrahiert. Das Verstärkungsregelsignal am Ausgang des Differenzverstärkers 78 ist also ein Signal, das als Funktion der zum Durchführen des Übergangs erforderlichen Zeit unabhängig von der Übergangsamplitude variiert. Da die Rückkopplungsschleife dazu neigt, dieses Signal konstant zu halten, wird die Zeit zum Durchführen des Übergangs, d. h. die Steig- oder Abfallzeit des Spitzen-Leuchtdichtesignals am Ausgang der Schaltung 62, im wesentlichen unabhängig von der betreffenden Änderung in der Amplitude sein.
• Es sei ebenfalls bemerkt, daß der verstärkungsgeregelte Verstärker 64 in der Signalverarbeitungskette vor der "Coring"-Schaltung 60, 61, 63 liegt. Diese Verarbeitungsreihenfolge minimiert also die etwaige zusätzliche Unterdrückungsgröße, die auftreten würde, wenn der Verstärker hinter der "Coring"-Stufe liegen würde.
• Obschon die Erfindung in einer speziellen bevorzugten Ausführungsform dargestellt ist, soll sie sich durchaus nicht darauf beschränken. Dem Fachmann werden viele Abwandlungen in Wirkung und Ausbildung einleuchten und werden als im Rahmen der Erfindung liegend betrachtet, wie in den nachfolgenden Patentansprüchen beansprucht wird.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zum Liefern eines erwünschten Fernsehsignals mit nahezu konstanten Übergangszeiten unabhängig von der Amplitude der genannten Übergänge, mit:

erstärkungsgeregelten Verstärkermitteln (64) zum Empfangen und Verstärkern eines Eingangssignals, das Übergänge mit verlierenden Übergangsamplituden und variierenden Übergangszeiten erfahrt, und zum Liefern eines verstärkten Video- Signals in Antwort daraus;

zusätzlichen Mitteln (60-63, 65, 67), die mit den genannten verstärkungsgeregelten Verstärkungsmitteln (64) gekoppelt sind zum Liefern des genannten erwünschten Fernsehsignals in Abhängigkeit von dem genannten verstärkten Video-Signal;

Rückkopplungsmitteln (70, 72, 78), die mit den genannten zusätzlichen Mitteln (60-63, 65, 67) gekoppelt sind zum Erzeugen eines Verstärkungsregelsignal mit einer Amplitude, die nur als Funktion der genannten Übergangszeiten variiert; und

Mitteln (66) zum Zuführen des genannten Verstärkungsregelsignal zu den genannten verstärkungsgeregelten Verstärkungsmitteln (64) zur Regelung der Verstärkung derselben.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die genannten Rückkopplungsmittel (70, 72, 78) die nachfolgenden Elemente aufweisen:

erste Rückkopplungsmittel (70), die mit den zusätzlichen Mitteln (60-63, 65, 67) gekoppelt sind zum Erzeugen eines ersten Rückkopplungssignals mit einer Amplitude, die als Funktion der genannten Übergangsamplituden und der genannten Übergangszeiten variiert;

zweite Rückkopplungsmittel (72), die mit den zusätzlichen Mitteln (60-63, 65, 67) gekoppelt sind zum Erzeugen eines zweiten Rückkopplungssignals mit einer Amplitude, die unabhängig ist von der genannten Übergangszeit, aber als Funktion der genannten Übergangsamplitude variiert; und

Kombinierungsmittel (78), die mit den genannten ersten (70) und zweiten Rückkopplungsmitteln gekoppelt sind zum Erzeugen des genannten Verstärkungsregelsignals.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, wobei die genannten ersten Rückkopplungsmittel (70) erste Hochpaßfiltermittel mit einer Grenzfrequenz über 4 MHz aufweisen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, wobei die genannten zweiten Rückkopplungsmittel (72) zweite Hochpaßfiltermittel mit einer Grenzfrequenz bei etwa 250 kHz aufweisen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, wobei die genannten Kombinierungsmittel (78) Differenzverstärkungsmittel aufweisen.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, weiterhin mit ersten Spitzendetektormitteln (74, 76), die zwischen den genannten ersten Rückkopplungsmitteln (70) und den genannten Kombinierungsmitteln (78) vorgesehen sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, weiterhin mit zweiten Spitzendetektormitteln (82, 84), die zwischen den zweiten Rückkopplungsmitteln (72) und den genannten Kombinierungsmitteln (78) vorgesehen sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die genannten zusätzlichen Mittel (60-63, 65, 67) Summiermittel (62) aufweisen mit einem ersten Eingang zum Empfangen des genannten Eingangssignals, mit einem zweiten Eingang und mit einem Summierschaltungsausgang, und Signalverarbeitungsmittel (60, 61, 63, 65, 67) zwischen den genannten verstärkungsgeregelten Verstärkungsmitteln (64) und dem genannten zweiten Eingang.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die genannten zusätzlichen Mittel (60-63, 65, 67) nicht-lineare "Coring"-Mittel (60, 61, 63) aufweisen, die mit den genannten verstärkungsgeregelten Verstärkungsmitteln (64) gekoppelt sind zum Erzeugen eines Signals mit vermindertem HF-Rauschen in Antwort auf das genannte verstärkte Video-Signal.