DE4300304C2 - Schaltungsanordnung zur Gamma-Korrektur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine digitale Schaltungsanordnung zur Gammakorrektur eines digitalen Bildsignals mit einem ersten, linearen und mit einem zweiten, nichtlinearen Signalweg.

Eine Schaltungsanordnung, die in analoger Technik die Erzeugung zweier Signalwege mittels eines nichtlinearen Signalteilers vorsieht, ist aus der EP 0 427 564 A2 bekannt. Die jeweils linearen Signalwege enthalten hier Signalanteile, die den Anteilen niedriger bzw. höherer Amplituden des Eingangssignals entsprechen, und die nach geeigneter Bearbeitung mittels eines Addierers wieder zusammengefügt werden.

Eine andere, analog arbeitende Schaltungsanordnung zur Gamma-Korrektur für Farbfernsehübertragungsanlagen ist aus der DE 23 48 588 B2 bekannt. In ihr sind im Unterschied zur vorgenannten EP 0 427 564 A2, ein linearer und ein nichtlinearer Signalweg vorgesehen. Das analoge, zu entzerrende Eingangssignal, wird in dem nichtlinearen Signalweg einer Tiefpaßfilterung unterzogen, die dazu dient, den Störabstand der Schaltungsanordnung zu verbessern.

Die DE 36 29 396 A1 beschreibt die digitale Ausführung einer Schaltung mit einem linearen und einem nichtlinearen. Signalzweig, die in einer Kontrastbewertungsschaltung im Luminanzzweig eines YUV-Sigals zum Einsatz kommt.

Die US 4 962 419 beschreibt eine Möglichkeit zur Realisierung von nichtlinearen Elementen mittels Tabellen, die auch als "look-up-table" bezeichnet werden, und die jedem Eingangswert einen Ausgangswert zuordnen.

Bei digitalen Schaltungsanordnungen zur Gamma-Korrektur der vorstehend genannten Art tritt das Problem auf, daß in dem nichtlinearen Signalweg infolge der nichtlinearen Verarbeitung neue Signalanteile auftreten, die in einem relativ hohen Frequenzbereich liegen, und die insbesondere Alias-Störungen verursachen. Diese Störungen treten dann auf, wenn die neuen Signalanteile in einem Frequenzbereich oberhalb der halben Abtastfrequenz des zu entzerrenden digitalen Fernsehsignals liegen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine digitale Schaltungsanordnung der vorstehend genannten Art anzugeben, bei der derartige Alias-Verzerrungen nicht auftreten.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der nichtlineare Signalweg ein Tiefpaßfilter (1), dem das Eingangssignal zugeführt wird, und ein nichtlineares Schaltungselement aufweist, daß der lineare Signalweg einen Subtrahierer aufweist, mittels welchem von dem Eingangssignal der Schaltungsanordnung das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters subtrahiert wird, und daß ein Addierer vorgesehen ist, dem die Ausgangssignale des linearen und des nichtlinearen Signalwegs zugeführt werden und der das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung liefert.

In dem nichtlinearen Signalweg wird das Eingangssignal also zunächst einer Tiefpaßfilterung unterzogen. Damit werden dem Eingangssignal bereits die höherfrequenten Anteile entzogen. Dem Tiefpaßfilter ist ein nichtlinear arbeitendes Schaltungselement nachgeschaltet, in welchem zwar neue, höhere Frequenzanteile entstehen, die jedoch nicht soweit hinaufreichen, wie dies der Fall wäre, wenn das Eingangssignal nicht zuvor der Tiefpaßfilterung unter­ zogen wäre. Die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters bestimmt also auch, wieweit die in dem nichtlinearen Schaltungs­ element erzeugten neuen höheren Frequenzanteile im Frequenzspektrum nach oben reichen. Die Auslegung kann so vorgenommen werden, daß entweder gar keine Alias-Störungen auftreten oder so, daß diese Störungen optisch im Bild vernachlässigbar sind.

Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters, das nur noch die tieffrequenten Anteile des Eingangssignals aufweist, wird einem in dem linearen Zweig vorgesehenen Subtrahierer zugeführt. Dieser dient dazu, vom Eingangssignal diese tieffrequenten Anteile zu subtrahieren. Dies führt dazu, daß in dem übrigen linearen Signalweg nur noch die hoch­ frequenten Anteile des Eingangssignals übrigbleiben, die am Ausgang beider Signalzweige in einem Addierer mit dem nichtlinearen Signalanteil addiert werden.

Der Subtrahierer hat den Vorteil, daß durch Beseitigung der relativ niederfrequenten Anteile in dem linearen Signalzweig bei Addition des linearen und des nicht- linearen Anteils im Addierer wenigstens im unteren Frequenzbereich im Ausgangssignal des Addierers keine Amplitudenveränderung gegenüber dem Eingangssignal der Schaltungsanordnung auftritt, da der lineare Signalanteil in diesem Bereich die Amplitude Null aufweist. Im oberen Frequenzbereich treten zwar Amplitudenveränderungen ein, diese sind jedoch vernachlässigbar.

Die Schaltungsanordnung gestattet also eine Gamma- Korrektur eines digitalen Bildsignals ohne Alias-Störungen zu verursachen bzw. ohne optisch störende Alias-Störungen zu verursachen. Darüber hinaus wird durch Einsatz des Subtrahierers erreicht, daß das Ausgangssignal wenigstens im unteren Frequenzbereich die gleichen Amplitudenwerte aufweist wie das zu korrigierende Eingangssignal.

Für eine Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Tiefpaßfilter etwa eine Grenzfrequenz aufweist, die einem Viertel der Abtastfrequenz des digitalen Bildsignals entspricht. Die in dem nichtlinearen Schaltungselement erzeugten neuen höherfrequenten Anteile reichen in diesem Falle bis zur halben Abtastfrequenz, so daß keine Alias- Störungen auftreten.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist in dem linearen Signalweg ein erstes Verzögerungsglied, das die Laufzeit des in dem nichtlinearen Signalweg vorge­ sehenen Tiefpaßfilters ausgleicht, und ein zweites Verzögerungsglied vorgesehen, daß die Laufzeit des in dem nichtlinearen Signalweg vorgesehenen nichtlinearen Schaltungselementes ausgleicht.

Sowohl das Tiefpaßfilter wie auch das nichtlineare Schaltungselement in dem nichtlinearen Signalweg haben eine gewisse Verzögerungszeit bei der Signalverarbeitung, d. h. die Signale durchlaufen diese Schaltungselemente nicht verzögerungsfrei. Die auftretende Signalverzögerung kann in dem linearen Signalweg vorteilhaft durch die beiden Verzögerungsglieder ausgeglichen werden, so daß ausgangsseitig in dem Addierer die Signale des linearen und des nichtlinearen Signalwegs phasenrichtig addiert werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vor­ gesehen, daß das nichtlineare Schaltungselement als Speicher ausgelegt ist, welcher in Abhängigkeit des Eingangssignals ein Ausgangssignal liefert, dessen Wert in einer in dem Speicher abgespeicherten Gamma-Korrektur- Tabelle angegeben ist.

Die Gamma-Korrektur des der Schaltungsanordnung zuge­ führten digitalen Eingangssignals wird in einer bestimmten vorgegebenen nichtlinearen Charakteristik vorgenommen. Diese Charakteristik kann als Tabelle in einem Speicher abgelegt sein, als der das nichtlineare Schaltungselement ausgelegt ist. Jedem Wert bzw. Wertebereich des Eingangs­ signals des nichtlinearen Schaltungselementes ist jeweils gemäß dieser Tabelle ein Ausgangssignal mit einem bestimmten Amplitudenwert zugeordnet, das bei Auftreten des Eingangssignals an den Ausgang des nichtlinearen Schaltungselementes angelegt wird. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit der Eingangssignale eine beliebige Charakteristik des Ausgangssignals erzeugt werden.

Im nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer digitalen Schaltungs­ anordnung zur Gamma-Korrektur und

Fig. 2 einige über der Frequenz aufgetragene Signalver­ läufe der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1.

Eine in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellte digitale Schaltungsanordung zur Gammakorrektur eines der Schaltungsanordung zugeführten digitalen Bildsignals weist einen linearen und einen nichtlinearen Signalweg auf.

Das der Schaltungsanordnung von außen zugeführte digitale Eingangssignal, das in der Fig. 1 mit S1 bezeichnet ist, wird beiden Signalwegen zugeführt.

In dem nichtlinearen Signalweg ist ein Tiefpaßfilter 1 vorgesehen, dem eingangsseitig das Eingangssignal S1 zugeführt wird. Das Tiefpaßfilter 1 beschneidet das Eingangssignal zu hohen Frequenzen hin. Die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters kann dabei insbesondere so ausgelegt sein, daß das Ausgangssignal des Filters bezüglich der in ihm enthaltenen Frequenzanteile nur noch etwa bis zu einem Viertel der Abtastfrequenz des ihm eingangsseitig zuge­ führten digitalen Signals S1 reicht.

Das so gefilterte Ausgangssignal, das in der Fig. 1 mit S2 bezeichnet ist, gelangt in dem nichtlinearen Signalweg nachfolgend an ein nichtlineares Schaltungselement 2, das beispielsweise als Speicher ausgelegt sein kann. In diesem Speicher ist eine Gamma-Korrektur-Tabelle abgelegt, welche für jedes Eingangssignal oder für einen bestimmten Eingangssignalbereich angibt, welches Ausgangssignal erzeugt werden soll. Das in Abhängigkeit des Eingangs­ signals so gemäß der Tabelle erzeugte Ausgangssignal ist in der Fig. 1 mit S3 gekennzeichnet und wird einem ersten Eingang 3 eines Addierers 4 zugeführt.

Das der Schaltungsanordnung eingangsseitig zugeführte digitale Bildsignal S1 wird in dem linearen Signalweg einem ersten Verzögerungsglied 5 zugeführt, dessen Verzögerungszeit so ausgelegt ist, daß das Signal der gleichen Verzögerung ausgesetzt wird, wie das im nicht- linearen Signalweg den Tiefpaßfilter 1 durchlaufende Signal. Die Verzögerungszeit des ersten Verzögerungs­ gliedes 5 wird also der Verzögerungszeit des Tiefpaß­ filters 1 angepaßt.

Das Ausgangssignal des ersten Verzögerungsgliedes 5 gelangt nachfolgend an einen ersten Eingang 6 eines Subtrahierers 7. Der Subtrahierer 7 weist ferner einen zweiten Eingang 8 auf, dessen Eingangssignal in dem Subtrahierer invertiert und auf diese Weise von dem Eingangssignal 6 subtrahiert wird. Das Ausgangssignal des Subtrahierers 7, das in der Fig. 1 mit S4 gekennzeichnet ist, weist nur noch die höherfrequenten Anteile des Eingangssignals S1 auf. Die Ursache hierfür liegt darin, daß von dem am ersten Eingang 6 des Subtrahierers 7 anliegenden Signal mit vollem Frequenzspektrum das am Eingang 8 des Subtrahierers 7 anliegende Signal mit dem niederfrequenzten Spektrum subtrahiert wird, so daß nur noch das höherfrequente Spektrum des Eingangssignals im Ausgangssignal S4 des Subtrahierers 7 übrigbleibt.

Nachfolgend wird das Signal S4 einem zweiten Verzögerungs­ glied 9 zugeführt, das die gleiche Verzögerungszeit auf­ weist wie das nichtlineare Schaltungselement 2, so daß das Ausgangssignal des zweiten Verzögerungsgliedes 9, das einem zweiten Eingang 10 des Addierers 4 zugeführt wird, in diesem mit dem am ersten Eingang 3 zugeführten Signal phasenrichtig addiert werden kann. Das Ausgangssignal des Addierers 4 stellt das gamma-korrigierte Bildsignal dar, das in der Fig. 1 mit S5 bezeichnet ist.

In der Fig. 2 sind einige prinzipielle Frequenz-Spektren der Signale S1 bis S5 der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 dargestellt.

Das Signal S1, also das Eingangssignal der Schaltungs­ anordnung, weist gemäß Fig. 2 ein Frequenzspektrum auf, das etwa bis zur Nyquist-Frequenz, also etwa der halben Abtastfrequenz des eingangsseitig zugeführten digitalen Bildsignals reicht. Damit in dem digitalen Bildsignal keine Alias-Störungen auftreten, muß das digitale Bild­ signal gemäß dem Abtasttheorem auf diese Frequenz, die der halben Abtastfrequenz entspricht, begrenzt sein.

In dem Tiefpaßfilter 1 der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 wird nun eine weitere Bandbegrenzung dieses Signals vorgenommen. In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist dieses Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 1 mit S2 bezeichnet. In dem Beispielsfall gemäß Fig. 2 wird davon ausgegangen, daß in dem Tiefpaßfilter 1 das ihm zugeführte Signal auf etwa ein Viertel der Abtastfrequenz bzw. etwa die Hälfte der Nyquist-Frequenz begrenzt wird.

Dieses Signal wird nachfolgend dem in Fig. 1 angedeuteten nichtlinearen Schaltungselement 2 zugeführt. Die nicht- lineare Verarbeitung in dem Schaltungselement 2 gemäß Fig. 1 führt dazu, daß neue Frequenzanteile entstehen. Diese neuen Frequenzanteile liegen, soweit sie störend große Amplitudenwerte aufweisen, infolge der Band­ begrenzung des Eingangssignals S1 im Tiefpaßfilter 1, im Frequenzbereich bis etwa zur Nyquist-Frequenz.

Das Signal S3 am Ausgang des nichtlinearen Schaltungs­ elements 2 hat dadurch etwa das Frequenzspektrum der Darstellung S3 in Fig. 2.

In dem linearen Signalweg der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 ist ein Subtrahierer 7 vorgesehen, welcher von dem der Schaltungsanordnung eingangsseitig zugeführten Signal S1 das Ausgangssignal S2 des Tiefpaßfilters 1 subtrahiert. Dieses Ausgangssignal S4 des Subtrahierers 7 ist in der Fig. 2 bezüglich seines Frequenzspektrums dargestellt. Es verbleiben hier nur noch Frequenzanteile zwischen der viertel und der halben Abtastfrequenz, da die unteren Signalanteile in dem Eingangssignal durch die Subtraktion entfernt wurden.

In dem Addierer 4 gemäß Fig. 1 werden das nichtlineare Ausgangssignal des Schaltungselementes 2 und das in dem zweiten Verzögerungsglied 9 verzögerte Ausgangssignal S4 des Subtrahierers 7 addiert. Es entsteht dabei ein Frequenzspektrum entsprechend der Darstellung S5 in Fig. 2. Auch dieses Signal reicht nur etwa bis zur Nyquist-Frequenz, so daß keinerlei Störungen auftreten.

Claims (4)

1. Digitale Schaltungsanordnung zur Gamma-Korrektur eines digitalen Bildsignals mit einem ersten, linearen und mit einem zweiten, nichtlinearen Signalweg, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Signalweg ein Tiefpaßfilter (1), dem das Eingangssignal zugeführt wird, und ein nichtlineares Schaltungselement aufweist, daß der lineare Signalweg einen Subtrahierer (7) aufweist, mittels welchem von dem Eingangssignal der Schaltungsanordnung das Ausgangs­ signal des Tiefpaßfilters (1) subtrahiert wird, und daß ein Addierer (4) vorgesehen ist, dem die Ausgangssignale des linearen und des nichtlinearen Signalwegs zugeführt werden und der das Ausgangssignal der Schaltungs­ anordnung liefert.

2. Digitale Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter (1) etwa eine Grenzfrequenz aufweist, die einem Viertel der Abtastfrequenz des digitalen Bildsignals entspricht.

3. Digitale Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem linearen Signalweg ein erstes Verzögerungsglied (5), das die Laufzeit des in dem nichtlinearen Signalweg vorgesehenen Tiefpaßfilters (1) ausgleicht, und ein zweites Verzögerungsglied (9) vorgesehen ist, das die Laufzeit des in dem nichtlinearen Signalweg vorgesehenen nichtlinearen Schaltungselementes (2) ausgleicht.

4. Digitale Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare Schaltungs­ element (2) als Speicher ausgelegt ist, welcher in Abhängigkeit des Eingangssignals ein Ausgangssignal liefert, dessen Wert in einer in dem Speicher abge­ speicherten Gamma-Korrektur-Tabelle angegeben ist.