DE69721972T2 - Signalverbesserungssystem - Google Patents

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DE69721972T2
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M. Kurt CONOVER
Alan Bill DICKEY
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    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09GARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Anzeigesysteme und spezieller Systeme zur Verarbeitung von Videosignalen. Sie betrifft ein Signalverbesserungssystem und ein Verfahren zur Verarbeitung von Videosignalen.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Die Erkennbarkeit eines Bildes auf einer Anzeige wird allgemein durch die Helligkeit und den Kontrast der Anzeige und durch das Videosignal bestimmt, welches dem Bild entspricht. Die Leuchtkraft jedes Anzeige-Pixels entspricht der Amplitude des Videosignals für das Pixel. Große Amplituden entsprechen typischerweise sehr hellen Pixeln, während geringere Amplituden im Allgemeinen dunklen Pixeln entsprechen. Der Bereich zwischen der minimalen und der maximalen Amplitude und dem entsprechenden Grad der Leuchtkraft kann in eine fast unendliche Anzahl von Leuchtkraftpegeln unterteilt werden, welche die Feinheiten der Schattierungen und Farbe wiedergeben, welche durch das Videosignal repräsentiert werden.
  • Die Helligkeits- und Kontrasteinstellungen der Anzeige sind andererseits im Wesentlichen statisch. Herkömmlich entspricht die Helligkeit einem Gleichstromsignal, welches zum Videosignal hinzugefügt wird, so dass der Gesamtsignalpegel ansteigt. Infolgedessen wird die gesamte Anzeige heller. Bei CRT-Anzeigen wird die Gleichstromkomponente zum Videosignal hinzugefügt. Bei Flüssigkristallanzeigen (LCDs) spricht ein Hintergrundbeleuchtungssystem auf die Helligkeitssteuerung an.
  • Der Kontrast andererseits steht im Zusammenhang mit der anderereseits Verstärkung des Videosignals. Deshalb werden mit anteigendem Kontrast helle Pixel sehr hell, während relativ dunkle Pixel nur etwas heller werden.
  • Die Helligkeits- und die Kontraststeuerung erlauben dem Benutzer die Erkennbarkeit der Daten manuell einzustellen. Herkömmliche Anzeigesysteme können Helligkeitsvariationen aufgrund von Übertragungsverlusten auch automatisch kompensieren. Herkömmliche Videosignale umfassen typischerweise ein Sync-Signal, welches der Anzeigeschaltkreis benutzen kann, um den Übertragungsverlust zu bestimmen. Typischerweise umfasst das Videosignal ein Sync-Signal, welches eine bestimmte Größe aufweist, beispielsweise 2,86 Volt. Wenn die Anzeige eine Videoübertragung empfängt, vergleicht sie zur Bestimmung des Übertragungsverlusts die gemessene Amplitude des Sync-Signals mit der Zielamplitude. Wenn beispielsweise das Sync-Zielsignal eine Amplitude von 2,86 Volt aufweist und das empfangene Sync-Signal nur 1,43 Volt beträgt, dann nimmt die Anzeigelogik an, dass auch das gesamte Signal durch Übertragungsverlust gedämpft wird und um einen Faktor Zwei verstärkt werden sollte.
  • Herkömmliche Videoanzeigen, wie beispielsweise Anzeigen mit Kathodenstrahlröhren (CRT), weisen typischerweise auch einen breiten Dynamikbereich (d. h. eine Anzahl verschiedener und unterscheidbarer Farben und Schattierungen) zur Anzeige jedes Pixels mit dem passenden Helligkeitsgrad entsprechend dem Videosignal und den Helligkeits- und Kontrastkriterien auf. Geringe Steigerungen der Amplitude bewirken geringe Steigerungen der Helligkeit, wobei dies davon unabhängig ist, ob die Steigerung auf einer Veränderung des Videosignals oder der Helligkeits- oder Kontraststeuerung beruht. Folglich verursachen feine Unterschiede im Videosignal feine Unterschiede im Bild, welches von der Anzeige wiedergegeben wird.
  • Bei manchen Anwendungen sind jedoch feine Unterschiede für den Benutzer nicht sichtbar. Beispielsweise ist bei manchen radarbasierten Bildanwendungen der Dynamikbereich oder die Variation der Spitzenspannungen der Videosignalinformationen relativ klein. Eine CRT-Anzeige zeigt Variationen im Videosignal als leicht unterschiedliche Schattierungen an. Wenn die Variationen sehr klein sind, können die Unterschiede zwischen verschiedenen Schattierungen im Bild so klein sein, dass sie kaum wahrnehmbar sind.
  • Dieses Problem verschlimmert sich bei verschiedenen modernen Anzeigen, welche nicht mit dem breiten Dynamikbereich der CRT-Anzeigen versehen sind. Die Begrenzungen des Dynamikbereichs einer Anzeige können das Anzeigen von Bildfeinheiten einschränken oder sogar unmöglich machen. Während beispielsweise der Dynamikbereich von verschiedenen LCDs je nach Typ und Hersteller variiert, weisen LCDs allgemein einen begrenzten Dynamikbereich, besonders im Vergleich zu CRT-Anzeigen, auf. Eine typisches LCD zeigt einen Dynamikbereich, welcher beispielsweise auf 64 oder sogar nur 16 Grauschattierungen begrenzt ist.
  • Bei Anzeigen mit begrenztem Dynamikbereich ist die effektive Anzeige und Ansicht unwesentlicher Variationen der Daten oder des Informationsgehalts schwierig, wenn nicht unmöglich. Mit begrenztem Dynamikbereich werden geringe Variationen im Videosignal gewöhnlich zur gleichen Schattierung zusammengelegt. Folglich können Variationen im Videosignal das dargestellte Bild überhaupt nicht beeinflussen, wobei potenziell entscheidende Informationen verschleiert werden. Im Patent DE-A1-37 14 861 werden nur zwei Eigenschaften des ursprünglichen Signals verwendet. Deshalb wäre es zur Verbesserung der Präsentation von Daten vorteilhaft, ein System zur Ausnützung des verfügbaren Dynamikbereichs einer Anzeige bereitzustellen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung sieht ein Signalsverbesserungssystem vor, welches durch Anspruch 1 nachstehend definiert wird. Das System kann die Eigenschaften eines oder mehrerer der Unteransprüche 2 bis 6 einschließen. Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren vor, welches nachstehend durch Anspruch 7 definiert wird. Das Verfahren kann die Eigenschaften eines der Unteransprüche 8 bis 11 einschließen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Eine beispielhafte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren beschrieben, in welchen gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen, und:
  • 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Signalsverbesserungssystems ist;
  • 2 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Signalverarbeitungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des Signalverarbeitungssystems aus 2 ist;
  • 4 ein Blockdiagramm einer alternativen beispielhaften Ausführungsform des Signalverarbeitungssystems aus 2 ist;
  • 5AC grafische Repräsentationen eines beispielhaften Eingangssignals, einer Verstärkungskurve bzw. eines Ausgangssignals sind;
  • 6AC eine Verstärkungskurve, ein ursprüngliches Signal und ein modifiziertes Signal für ein mittleres Durchschnittssignal mit geringen Abweichungen illustrieren;
  • 7AC eine Verstärkungskurve, ein ursprüngliches Signal und ein modifiziertes Signal für ein großes Durchschnittssignal mit geringen Abweichungen illustrieren;
  • 8AC eine Verstärkungskurve, ein ursprüngliches Signal und ein modifiziertes Signal für ein kleines Durchschnittssignal mit geringen Abweichungen illustrieren;
  • 9 beispielhafte nichtlineare Verstärkungskurven illustriert; und
  • 10 ein Blockdiagramm einer alternativen beispielhaften Ausführungsform des Signalverarbeitungssystems aus 2 ist; und
  • 11 eine schematische Zeichnung eines Schaltkreises zur Durchschnittsbildung der alternativen beispielhaften Ausführungsform des Signalverarbeitungssystems aus 10 ist.
  • BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Ein Anzeigesystem gemäß den verschiedenen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung empfängt Signale und analysiert und manipuliert die Signale selektiv zur Verbesserung der Anzeige der Bilder, welche durch das Signal repräsentiert werden. Während die Art und Weise, in welcher das Signal verbessert wird, in mehr Einzelheiten weiter unten beschrieben ist, werden, allgemein gesagt, ausgewählte Eigenschaften des Signals (z. B. eines Videosignals) identifiziert, und das Signal wird zur Verbesserung der Anzeige der Informationen manipuliert. Unter Bezugnamne auf 1 umfasst ein beispielhaftes Signalverbesserungssystem 10 gemäß den verschiedenen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung eine Signalquelle 12, ein Signalverarbeitungssystem 14 und eine Anzeigeeinheit 16. Wie unten detaillierter beschrieben wird, erzeugt die Signalquelle 12 wenigstens ein Signal, welches durch die Anzeigeeinheit 16 verarbeitet und dargestellt werden soll. Die Signalquelle 12 überträgt das Signal zum Signalver arbeitungssystem 14, welches das Signal verarbeitet, um die Anzeige der Daten, welche im Signal enthalten sind, selektiv zu verbessern. Das Signalverarbeitungssystem 14 stellt die verarbeiteten Daten der Anzeigeeinheit 16 zur Darstellung der entsprechenden Bilder gemäß den verarbeiteten Daten bereit.
  • Die Signalquelle 12 umfasst geeigneterweise irgendeine Quelle, welche in der Lage ist ein Signal zu erzeugen oder zu übertragen, beispielsweise eine Videokamera, ein Mikroprozessor, ein Radarsystem, ein Infrarotabtastsystem und/oder dergleichen, welches in ein Videosignal konvertiert werden kann. Die Signalquelle 12 kann irgendeinen Signaltyp erzeugen, beispielsweise ein digitales, analoges oder moduliertes Signal, welches die anzuzeigenden Daten repräsentiert. Ferner erzeugt Signalquelle 12 passenderweise ein Signal, welches zur Konvertierung in sichtbare Daten geeignet ist, unabhängig von der Natur der ursprünglichen Daten, einschließlich abgetastetem Licht oder abgetasteter Hitze, Pixeldaten, welche in einem Computerspeicher gespeichert sind, und dergleichen. Es ist anzumerken, dass das einfache Signalsystem aus 1 einer Grauwerteanzeige entspricht, welche einen einfachen Datenstrom aufweist. Das vorliegende System ist jedoch leicht auf ein Farbanzeigesystem anzuwenden, indem drei separate Datenströme von der Signalquelle 12 verwendet werden (entsprechend beispielsweise der drei Farbkomponenten Rot, Grün und Blau) und die Ströme zur Darstellung auf der Anzeigeeinheit 16 kombiniert werden.
  • Die Anzeigeeinheit 16 empfängt ein Videosignal und stellt ein sichtbares Bild auf der Grundlage der emp fangenen Daten dar. Die Anzeigeeinheit 16 umfasst geeigneterweise irgendein Gerät, welches in der Lage ist Informationen anzuzeigen, wie beispielsweise eine Flüssigkeitskristallanzeige (LCD), eine Kathodenstrahlröhre (CRT) oder eine Frontsichtanzeige (HUD). In einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Anzeigeeinheit 16 einen LCD-Flachbildschirm. Zusätzlich umfasst die Anzeigeeinheit 16 ferner Komponenten, welche typischerweise zu einem Anzeigesystem gehören, wie beispielsweise irgendeine erforderliche Stromversorgung, erforderliche Speicher und dergleichen.
  • Das Signalverarbeitungssystem 14 empfängt Daten von der Signalquelle 12 und verarbeitet die Daten zur Erzeugung eines verbesserten Videosignals, geeigneterweise durch dynamische Kontrastmaximierung des Signals über den Dynamikbereich der Anzeigeeinheit 16 hinweg. Das Signalverarbeitungssystem 14 stellt dann das verbesserte Signal der Anzeigeeinheit 16 bereit.
  • Unter Bezugnahme auf 2 umfasst das Signalverarbeitungssystem 14 gemäß den verschiedenen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung geeigneterweise eine Eingabeschnittstelle 22, einen Schaltkreis zur Signalidentifikation 24 und einen Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26. Die Eingangsschnittstelle 22 empfängt das Signal geeignete weise von der Signalquelle 12 und stellt die Schnittstelle zwischen Signalquelle 12 und dem Schaltkreis zur Signalidentifikation 24 bereit. Beispielsweise kann das Signal von der Signalquelle 12 ein analoges Signal umfassen. Wo der Schaltkreis zur Signalidentifikation 24 digitale Schaltkreise umfasst, umfasst die Eingangsschnittstelle 22 geeigneterweise einen Quantisierer, welcher das analoge Signal von Signalquelle 12 in ein digitales Signal konvertiert, welches für die Analyse durch die digitalen Schaltkreise geeignet ist, welche zum Identifikationskreis 24 gehören. Zusätzlich kann die Eingangsschnittstelle 22 ferner Signalkonditionierungsfunktionen ausführen, wie beispielsweise die Rauschfilterung oder die Kompensation von Übertragungsanomalien zwischen Signalquelle 12 und dem Signalverarbeitungssystem 14. Die Eingangsschnittstelle 22 führt geeigneterweise jede andere Funktion aus, welche erforderlich sein kann, um das Signal vorzubereiten, welches von der Signalquelle 12 zur Verarbeitung durch die nachfolgenden Elemente des Signalverbesserungssystems 10 empfangen wurde.
  • Der Schaltkreis zur Signalidentifikation 24 empfängt auf geeignete Weise das konditionierte Signal von der Eingangsschnittstelle 22, wobei in geeigneter Weise jeder Frame eines Videosignals als Vorlage verwendet wird. Der Identifikationskreis 24 analysiert das konditionierte Signal zur Identifikation ausgewählter Eigenschaften des Signals (z. B. die minimale und eine maximale Amplitude des Signals), und auf der Grundlage der identifizierten Eigenschaften bewirkt der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 die Modifikationen der Daten, welche der Anzeigeeinheit 16 bereitgestellt werden, um einen größeren Anteil des Dynamikbereichs der Anzeige auszunutzen.
  • Der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 empfängt das Signal von der Eingangsschnittstelle 22 und die identifizierten, ausgewählten Eigenschaften des Signals vom Identifikationskreis 24. Der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 konvertiert oder manipuliert das Videosignal auf geeignete Weise gemäß den bestimmten identifizierten Eigenschaften, um die Sichtbarkeit des Bildes auf der Anzeigeeinheit 16 zu verbessern. Insbesondere verteilt der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 die Daten im Signal über den Dynamikbereich der Anzeigeeinheit 16 in geeigneter Weise um.
  • Die bestimmten Eigenschaften, welche identifiziert werden sollen, können gemäß der Natur des Signals, der relevanten Daten zur Verbesserung, den Benutzerwünschen und der bestimmten Anwendung ausgewählt werden. Insbesondere umfassen brauchbare Eigenschaften die minimale, die Spitzen-, die durchschnittliche oder mittlere, die maximale, die Median-, die mittlere Abweichungs- oder die Standardabweichungs-Amplituden. Zusätzlich zu statistischen Eigenschaften können relevante Frequenzeigenschaften des Signals durch Spektralanalyse des Signals identifiziert werden. Die identifizierten Eigenschaften erleichtern die Signalverarbeitung durch den Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 zur Erzeugung eines verbesserten Signals. Es ist jedoch anzumerken, dass der Identifikationskreis 24 zur Identifikation jeder geeigneten Information bezüglich des Signals konfiguriert werden kann. Anders ausgedrückt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung jede Art der Detektion jeder Signalinformation eingesetzt werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 5A bis 5C wird nun die Arbeitsweise einer beispielhaften Ausführungsform des Signalverbesserungssystems 10 illustriert, wobei eine Vorlage eines digitalisierten Signals 100 in geeigneter Weise dem Identifikationskreis 24 durch die Eingabeschnittstelle 22 (5A) bereitgestellt wird. Der Identifikationskreis 24 wird auf geeignete Weise zur Identifikation von zwei Eigenschaften des Signals 100 konfiguriert, wie beispielsweise die minimalen und die maximalen Werte des Signals 100 innerhalb der Vorlage. Der Identifikationskreis 24 identifiziert die entsprechenden Quantitäten und überträgt die minimalen und die maximalen Werte an den Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26. Der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 zieht eine Gleichspannungskomponente, welche ungefähr gleich dem Minimalwert des ursprünglichen Signals 100 ist, ab, um ein verschobenes Signal 106 (5B) zu erzeugen. Um die Ausnützung des Dynamikbereichs der Anzeigeeinheit 16 zu maximieren, verstärkt der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 das verschobene Signal 102 auf geeignete Weise auf der Grundlage des identifizierten Maximalwerts und des maximalen Bereichs der Anzeigeeinheit 16, so dass das verstärkte Signal 110 einen größeren Teil des verfügbaren Dynamikbereichs der Anzeigeeinheit 16 verwendet. Folglich werden relativ kleine Variationen im ursprünglichen Signal 100 zu hochkontrastierenden Variationen im verstärkten Signal 110 konvertiert.
  • Der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 kann auch konfiguriert werden, um zusätzliche Eigenschaften des Videosignals, welche über die minimalen und maximalen Werte hinausgehen, zur Verbesserung der Anzeige zu betrachten. Unter bestimmten Voraussetzungen kann die Verbesserung allein auf der Grundlage der Eigenschaften der Anzeigeeinheit 16 und der Minimalwerte und der Maximalwerte des Signals ineffektiv sein. Beispielsweise erzeugt eine anormale Spitze im Signal einen untypischen hohen Maximalwert in der Vorlage, was zu einer sehr geringen Signalverstärkung führt, sogar dann, wenn die durchschnittliche Amplitude der Daten relativ gering ist. Folglich kann der volle Dynamikbereich des Anzeigesystems 16 nicht adäquat ausgenutzt werden. Deshalb identifiziert der Identifikationskreis 24 gemäß den verschiedenen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung auch eine durchschnittliche Amplitude des ursprünglichen Signals 100. Der identifizierte Durchschnitt kann durch den Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 ausgenutzt werden, um zu bestimmen, wie oder ob das Signal 100 verschoben werden sollte. Wenn beispielsweise die durchschnittliche Amplitude des Signals dem Median des Dynamikbereichs der Anzeigeeinheit 16 entspricht, kann es bei bestimmten Anwendungen unerwünscht sein das Signal 100 zu verschieben; wenn der identifizierte Durchschnitt anzeigt, dass das Videosignal sich in der Nähe des Sättigungspegels der Anzeigeeinheit 16 befindet, kann jedoch die Verschiebung des Signals 100 erwünscht sein.
  • Zusätzlich kann der identifizierte Durchschnitt die Verstärkung beeinflussen. Beispielsweise kann, wie unten beschrieben, eine anormale Spitze im Signal zu einer relativ geringen Verstärkung führen. Der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 kann jedoch die Verstärkung auf der Grundlage des geringen Durchschnitts trotz des anormalen Spitzenwerts erhöhen. Obwohl die anormale Spitze abgeschnitten werden kann (d. h. bis zur Sättigung verstärkt werden kann), werden die Daten, welche den Benutzer interessieren, ausreichend verstärkt werden.
  • Das Signalverarbeitungssystem 14 kann alternativ auf der Grundlage anderer Eigenschaften des Videosignals implementiert werden. Beispielsweise kann der Identifikationskreis 24 auf geeignete Weise zur Identifikation der mittleren und der durchschnittlichen Abweichung von dem Videosignal konfiguriert werden. Eine geringere durchschnittliche Abweichung oder Standardabweichung zeigt an, dass der Informationsgehalt um den Durchschnitt herum liegt, was einem Bild mit geringem Kontrast entspricht. Umgekehrt bedeutet eine große Abweichung, dass die Informationen breiter um den Durchschnitt herum gestreut sind. Genauso zeigt der Durchschnitt an, wo die Informationen relativ zum Dynamikbereich der Anzeigeeinheit 16 liegen. Ein großer Durchschnitt kann anzeigen, dass das Signal oder der Informationsgehalt des Signals in der Nähe der Sättigung liegt, d. h. sehr hell ist. Entsprechend kann ein geringer Durchschnitt bedeuten, dass das Signal oder der Informationsgehalt des Signals sich in der Nähe der Grundlinie des Dynamikbereichs der Anzeigeeinheit 16 befindet, d. h. sehr dunkel ist.
  • Wenn der Identifikationskreis 24 einen großen Durchschnitt und eine geringe Abweichung für ein bestimmtes Signal identifiziert und damit anzeigt, dass der Informationsgehalt in den Schattierungen ähnlich und sehr hell ist, wird der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 geeigneterweise so konfiguriert, dass (a) eine Gleichstromkomponente vom Gesamtsignal abgezogen wird, um die durchschnittliche Amplitude des Signals zu reduzieren (d. h. das Gesamtsignal wird dunkler); und (b) das verschobene Signal verstärkt wird, um einen größeren Anteil des verfügbaren Dynamikbereichs zu besetzen (d. h. die Unterschiede in den Amplituden des Signals zu vergrößern). Deshalb wird ein im Wesentlichen weißes Bild mit relativ feinen Variationen verarbeitet, um ein im Wesentlichen schwarzes Bild mit ausgeprägten Variationen im Bereich von fast schwarz bis fast weiß zu erzeugen. Dies ermöglicht verstärkten Kontrast der Variationen im Bild zur leichteren Unterscheidung der gewünschten Bildinformationen.
  • Ferner wird gemäß den verschiedenen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 geeigneterweise so konfiguriert, dass Signale auf der Grundlage der Informationen vom Identifikationskreis 24 nichtlinear verarbeitet werden. Zusätzlich kann das Signalverarbeitungssystem 14 konfiguriert werden, um bestimmte Informationen, wie beispielsweise Überdeckungsinformationen, welche beispielsweise zur Anzeige der Zeit in das Signal eingefügt wurden, zu bewahren. Unter Bezug auf die 6 bis 8 ist die vorliegende Erfindung nützlich bei der Anzeige von Signalen mit geringer Qualität und geringem Kontrast, was typischerweise Signalen entspricht, welche eine geringe Abweichung, oft auch als Sigma bezeichnet, aufweisen. Der identifizierte Mittelwert und die Abweichung können verwendet werden, um eine Verstärkungskurve, wie beispielsweise eine nichtlineare, eine abschnittsweise lineare oder eine lineare Verstärkungskurve, zu adressieren oder auszuwählen, um das resultierende Bild zu verbessern. Beispielsweise umfasst der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 geeigneterweise einen Speicher, welcher eine Nachschlagtabelle aufweist. Der Zugriff auf den Speicher auf der Grundlage der Eigenschaften, welche durch Identifikationskreis 24 identifiziert wurden, vereinfacht die Anwendung verschiedener Verstärkungskurven, welche zur Bildverbesserung besonders geeignet sind. Deshalb können Daten verbessert werden, ohne versehentlich Informationen zu entfernen, welche absichtlich zum Signal hinzugefügt wurden, wie beispielsweise Überdeckungs-, Unterlegungs- und Symbolinformationen.
  • Beispielsweise besteht, jetzt unter Bezugnahme auf die 6AC, das Beispielsignal der 6B entsprechend aus Sensordaten 150 (Informationsgehalt) und Überdeckungsdaten 152. Das kombinierte Signal weist einen Mittelwert von ungefähr 0,5 und eine geringe Abweichung auf. Wenn die Daten über den Mittelwert und die Abweichung einer Nachschlagtabelle im Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 bereitgestellt werden, wird auf eine Verstärkungskurve zugegriffen, welche zur Verbesserung der Daten und zur Erhaltung der Überdeckungsinformationen erstellt wurde (6A). Folglich werden Daten außerhalb des Sigmas gedämpft und Daten innerhalb des Sigmas verstärkt. Dies führt zu einer Verbesserung der Signaldaten und zur Erhaltung der Überdeckungsinformationen (6C).
  • Wie ferner in den 7AC und 8AC demonstriert, kann die Verstärkungskurve, welche einem bestimmten identifizierten Mittelwert und einer Abweichung entspricht, genauso das Videosignal durch Verbesserung des Informationsgehalts des Videosignals und durch Dämpfung der Überdeckungs- und. Unterlegungsdaten optimieren. Beispielsweise werden Informationen in einem Umfeld mit einem geringen Mittelwert und einer geringen Abweichung mit einer Verstärkungskurve verbessert, welche Daten mit geringer Amplitude deutlich verstärkt (7A-C) ohne die Überdeckungsinformationen wesentlich zu beeinflussen. Umgekehrt werden Informationen in einem Umfeld mit einem hohen Mittelwert und einer geringen Abweichung mit einer Verstärkungskurve verbessert, welche Daten dämpft, welche außerhalb der identifi zierten Abweichung fallen (8AC). Man kann deshalb den Schluss ziehen, dass die Verwendung von geeigneten Verstärkungskurven erlaubt, den Informationsgehalt eines Videosignals passend auf den Dynamikbereich des Anzeigegerätes zu verteilen, so dass weniger Dynamikbereich (z. B. weniger Grauschattierungen) verwendet wird, um Daten, wie beispielsweise Überdeckungsinformationen, außerhalb des festgestellten Mittelwerts und der Abweichung des Signals anzuzeigen.
  • Das Signalverarbeitungssystem 14 kann unter Verwendung herkömmlicher Komponenten umgesetzt werden. Unter Bezugnahme auf 3 umfasst beispielsweise eine geeignete erste Ausführungsform des Signalverarbeitungssystems 14 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Quantisierer 30 zur Konvertierung eines analogen Signals in ein digitales Signal, Identifikationskreise 32, 34 zur Identifizierung von ausgewählten Signaleigenschaften, einen Addierkreis 36 zur Modifizierung des Signals gemäß einer ausgewählten Eigenschaft, welche durch Identifikationskreis 32 identifiziert wurde, und einen Verstärker 38 mit variabler Verstärkung. Quantisierer 30 empfängt das analoge Signal 100 (5A) von der Signalquelle 12 und konvertiert es in ein passendes digitales Signal 102.
  • Das digitale Signal 102 wird durch den Identifikationskreis 32 und den Addierkreis 36 empfangen. Der Identifikationskreis 32 identifiziert geeigneterweise eine erste ausgewählte Eigenschaft, wie beispielsweise den Minimalwert in einer Vorlage (beispielsweise einem Frame von Videodaten) des digitalen Signals 102 und überträgt diesen identifizierten Minimalwert zum Addierkreis 36. Der Addierkreis 36 empfängt das digitale Signal 102 geeigneterweise an seinem positiven Eingangsanschluss und den identifizierten Minimalwert des digitalen Signals 102 an seinem negativen Eingangsanschluss. Dementsprechend zieht der Addierkreis 36 den identifizierten Minimalwert vom digitalen Signal 102 ab und gibt ein verschobenes Signal 106 an den Verstärker 38 mit variabler Verstärkung und einen zweiten Identifikationskreis 34 (5B) aus.
  • Der zweite Identifikationskreis 34 identifiziert geeigneterweise eine zweite Eigenschaft des verschobenen Signals 106, wie beispielsweise den Maximalwert der Vorlage. Der zweite Identifikationskreis 34 überträgt ein entsprechendes Steuersignal 108 an den Verstärker 38 mit variabler Verstärkung. Der Verstärker 38 mit variabler Verstärkung umfasst geeigneterweise irgendeine Verstärkerausgangsstufe mit variabler Verstärkung, welche zur Erzeugung eines Videosignals auf der Grundlage des verschobenen Signals 106 konfiguriert wird, und den Ausgang des zweiten Identifikationskreises 34. Bei der vorliegenden Ausführungsform erzeugt der Ausgang des zweiten Identifikationskreises 34 geeigneterweise einen Wert, welcher umgekehrt proportional zum Maximalwert des verschobenen Signals 106 ist, d. h. ein geringerer Maximalwert führt zu größerer Verstärkung, und umgekehrt führt ein größerer Maximalwert zu geringerer Verstärkung. Der Verstärker 38 mit variabler Verstärkung verstärkt das verschobene Signal 106 zur Erzeugung eines verbesserten Signals 110 (5C).
  • Die Verstärkung, welche auf das verschobene Signal 106 durch den Verstärker 38 mit variabler Verstärkung angewandt wird, basiert geeigneterweise auf vorbestimmten Eigenschaften der Anzeigeeinheit genauso wie auf dem identifizierten Maximalwert 108 des verschobenen Signals 106. Beispielsweise ist es im Allgemeinen unerwünscht das Signal so zu verstärken, dass der Maximalwert des verstärkten Signals 110 die ganze Skala des Dynamikbereichs der Anzeigeeinheit 16 übersteigt; deshalb kann die Verstärkung des Verstärkers 38 so eingestellt werden, dass das resultierende Signal innerhalb des Dynamikbereichs der Anzeigeeinheit 16 liegt.
  • Gemäß verschiedenen weiteren Gesichtspunkten dieser ersten Ausführungsform kann der Schaltkreis zur Signalverarbeitung 14 ferner einen dritten Identifikationskreis 31 umfassen, welcher geeigneterweise die durchschnittliche Amplitude identifiziert. Die durchschnittliche Amplitude kann geeigneterweise aus dem analogen Signal 100 oder dem digitalen Signal 102 identifiziert werden. Gemäß einem bevorzugten Gesichtspunkt dieser Ausführungsform wird ein analoger Mittelwert 101 des analogen Signals 100, beispielsweise unter Verwendung des Identifikationskreises 31 (z. B. des Filters zur Mittelung 31), identifiziert. Wenn der Mittelwert aus dem analogen Signal 100 identifiziert wird, kann ein zweiter Quantisierer 33 vorgesehen werden. Der zweite Quantisierer 33 konvertiert den analogen Mittelwert 101 in geeigneter Weise in einen digitalen Mittelwert 103.
  • Alle Geräte oder Schaltkreise, welche fähig sind die ausgewählten Eigenschaften des Signals, beispielsweise jene, welche oben genannt wurden, zu bestimmen, können im Identifikationsreis 24 eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein Akkumulator zur Identifikation einer durchschnittlichen Amplitude eines Daten-Frames eingesetzt werden. Solch ein Akkumulator kann so konfiguriert werden, dass die Pixeldaten auf individueller oder auf Vorlagen-Grundlage akkumuliert werden. Ferner kann der resultierende Mittelwert eines gegebenen Daten-Frames zur Identifikation einer mittleren Abweichung eingesetzt werden. Beispielsweise kann durch Feststellung der Differenz zwischen den eingehenden Pixeln (oder einer Vorlage von eingehenden Pixeln) und dem Mittelwert des vorhergehenden Frames und durch Akkumulation der Differenz die mittlere Abweichung des aktuellen Frames identifiziert werden.
  • Der identifizierte Mittelwert 103 wird geeigneterweise zur Bestimmung verwendet, wie oder ob das Signal 102 verschoben werden soll. Wo, wie vorstehend beschrieben, der identifizierte Mittelwert 103 dem Median des Dynamikbereichs der Anzeigeeinheit 16 entspricht, kann es unerwünscht sein das Signal 102 zu verschieben; wenn der identifizierte Mittelwert anzeigt, dass das Videosignal nahe am Sättigungspegel der Anzeigeeinheit 16 liegt, kann jedoch die Verschiebung des Signals 102 erwünscht sein. Deshalb empfängt der erste Identifikationskreis 32 geeigneterweise die Ausgabe des dritten Identifikationskreises 33 und enthält ferner einen Mechanismus zur Abschaltung der Verschiebungsfunktion auf der Grundlage des Mittelwerts.
  • Ferner kann der Signalmittelwert, welcher durch den dritten Identifikationskreis 31 gebildet wird, dem Verstärker 38 mit variabler Verstärkung als ein Kriterium bereitgestellt werden, welches die Verstärkung des Verstärkers 38 beeinflusst. Beispielsweise kann, wie unten beschrieben, ein untypischer Maximalwert, beispielsweise wegen Überdeckungs- oder Unterlegungsinformationen im Signal, beim zweiten Identifikationskreis 34 eine sehr geringe Verstärkung bewirken. Ein Signal mit geringem Mittelwert kann jedoch trotz eines Maximalwerts eine Steigerung bei der Verstärkung bewirken, so dass die Daten, welche den Benutzer interessieren, ausreichend verstärkt werden, sogar obwohl die anormalen Spitzenwerte abgeschnitten werden könnten. Unter Bezugnahme auf 9, wo beispielsweise ein Signal eine geringe durchschnittliche Amplitude aber einen untypischen Maximalwert aufweist, kann eine Verstärkungskurve, wie beispielsweise Kurve 9B, zur geeigneten Verbesserung der Informationsdaten ausgewählt werden, während der untypische Maximalwert unterdrückt wird. Genauso kann es unerwünscht sein das Signal zu verstärken oder zu verbessern, wenn ein Signalmittelwert identifiziert wird, welcher ungefähr dem Median-Dynamikbereich der Anzeigeeinheit 16 entspricht und wenn eine minimale und maximale Amplitude identifiziert werden, welche nahe der Basislinie liegen bzw. der vollen Skala entsprechen. In einem derartigen Fall kann geeigneterweise Kurve 9A, eine lineare Einheitsverstärkungskurve, automatisch ausgewählt und auf der Grundlage der kombinierten Kriterien auf das Signal angewendet werden.
  • Das Signalverarbeitungssystem 14 kann auch unter Verwendung integrierter Schaltkreise und anderer Komponenten ausgeführt werden. Unter Bezugnahme auf 4 und gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Signalverarbeitungssystem 14 geeigneterweise einen Quantisierer 40, einen Schaltkreis zur Signalidentifikation 42 und einen Schaltkreis zur Signalverbesserung 44. Der Quantisierer 40 konvertiert ein analoges Signal in ein digitales Signal. Der Schaltkreis zur Signalidentifikation 42 identifiziert geeigneterweise die gewünschten Eigenschaften einer Vorlage des digitalisierten Signals, wie beispielsweise Mittelwert, Median, mittlere Abweichung oder Standardabweichung. Gemäß dieser Ausführungsform identifiziert der Schaltkreis zur Signalidentifikation 42 geeigneterweise den Mittelwert und die mittlere Abweichung des digitalisierten Signals.
  • Jede Komponente, jedes Gerät oder jeder Schaltkreis, welche in der Lage sind den Mittelwert und die mittlere Abweichung eines Signals zu identifizieren, können verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser zweiten Ausführungsform umfasst der Identifikationskreis 42 ein programmierbares Logikgerät (PLD), welches zur Identifikation der relevanten Eigenschaften programmiert wird. Ein Teil des PLDs kann zur Identifikation des Signalmittelwerts 422 der Signalvorlage konfiguriert werden. Ein zweiter Teil des PLD kann in geeigneter Weise konfiguriert werden, um die Abweichung 424 der Signalvorlage, beispielsweise als die mittlere Abweichung oder als die Standardabweichung, zu identifizieren.
  • Der Schaltkreis zur Signalverbesserung 44 umfasst geeigneterweise einen programmierbaren Festwertspeicher (PROM), welcher wenigstens eine Nachschlagtabelle speichert und geeigneterweise Verstärkungskurven enthält, welche zur selektiven Signalverbesserung auf ein Videosignal angewendet werden. Gemäß verschiedenen Gesichtspunkten dieser Ausführungsform enthält der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 44 eine endliche Anzahl von Verstärkungskurven. Die Kurven, welche im Schaltkreis zur Signalkonvertierung 44 gespeichert sind, können in geeigneter Weise auf der Grundlage der Signaleigenschaften ausgewählt werden. Die Anzahl der potenziellen Kombinationen von Signaleigenschaften kann jedoch die endliche Anzahl von Verstärkungskurven überschreiten, welche in das PROM des Schaltkreises zur Signalkonvertierung 44 programmiert sind.
  • Zur Erleichterung der Programmierung und der Adressierung des PROM und gemäß verschiedenen Gesichtspunkten der vorliegenden Erfindung kann der Identifikationskreis 42 deshalb ferner die jeweiligen Decodierbereichskreise 426 und 428 umfassen. Jeder Decodierbereichskreis 426 decodiert zur Erzeugung eines einheitlichen Wertes in geeigneter Weise einen Bereich identifizierter Mittelwerte. Beispielsweise kann der Decodierbereichskreis 426 zur Ausgabe eines identifizierten Mittelwertes von 0,5 für alle identifizierten Mittelwerte im Bereich von 0,4 bis 0,6 konfiguriert werden. Genauso decodiert der Decodierbereichskreis 428 in geeigneter Weise einen Bereich von identifizierten durchschnittlichen Abweichungswerten mit einem bestimmten Wert. Dementsprechend empfangen die Decodierbereichskreise 426, 428 den identifizierten Mittelwert bzw. die identifizierte durchschnittliche Abweichung vom Identifikationskreis 422 für den Mittelwert und vom Identifikationskreis 424 für die Abweichung. Die Decodierbereichskreise 426, 428 stellen dem Schaltkreis zur Signalverbesserung 44 einen bereichsdecodierten identifizierten Mittelwert und eine bereichsdecodierte identifizierte Abweichung bereit.
  • Der bereichsdecodierte identifizierte Mittelwert und die bereichsdecodierte identifizierte Abweichung werden geeigneterweise als Adresseingaben dem PROM bereitgestellt. Das PROM wird geeigneterweise mit den Daten entsprechend der ausgewählten Verstärkungskurven programmiert. Beispielsweise können alle Adressen innerhalb eines bestimmten Bereichs den Signalausgaben für einen bestimmten identifizierten Mittelwert und einen Bereich von identifizierten Abweichungswerten entsprechen. Genauso speichert ein anderer Adressbereich in geeigneter Weise Werte, welche den Signalausgaben eines zweiten identifizierten Mittelwerts über den gleichen Bereich von identifizierten Abweichungswerten entsprechen.
  • Wenn die bereichsdecodierten Informationen benutzt werden, um auf eine bestimmte Adresse im PROM zuzugreifen, erzeugt das PROM eine Ausgabe, welche dem Signal entspricht, welches gemäß der bereichsdecodierten Informationen verstärkt wurde. Die Anwendung der Verstärkung auf das ursprüngliche Signal unter Verwendung des PROM verbessert das Signal deshalb selektiv gemäß der entsprechenden Verstärkungskurve.
  • Wie oben angesprochenen kann der Schaltkreis zur Signalverarbeitung 14 der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise im Zusammenhang mit einem Farbanzeigesystem unter Verwendung von drei separaten Datenströmen von der Signalquelle 12 (beispielsweise entsprechend dreier Farbkomponenten wie etwa Rot, Grün und Blau) und durch Kombination der Ströme zur Darstellung auf der Anzeigeeinheit 16 angewendet werden. Beispielsweise umfasst, unter Bezugnahme auf 10 und gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das Eingangssignal 200 von der Signalquelle 12 geeigneterweise die drei separaten Datenströme, welche Rot 200R, Grün 200G und Blau 200B entsprechen. Das Eingangssignal 200 wird in geeigneter Weise vom Schaltkreis zur Signalverarbeitung 14 empfangen. Ein geeigneter Schaltkreis zur Signalverarbeitung 14 gemäß dieser dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst den Eingangsmittelwertdetektor 50, die Schnittstelle 22, den Identifikationskreis 24 und den Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26.
  • Der Mittelwertdetektor 50 empfängt in geeigneter Weise das analoge Eingangssignal 200 und stellt die mittlere Amplitude des Eingangssignals 200 fest. Jeder Schaltkreis, jede Komponente oder jedes Gerät, welche fähig sind den Mittelwert eines analogen Signals festzustellen, kann als Eingangsmittelwertdetektor 50 eingesetzt werden. Unter Bezug auf 11 umfasst ein bevorzugter Eingangsmittelwertdetektor 50 gemäß dieser dritten Ausführungsform einen herkömmlichen Operationsverstärker, wie beispielsweise einen TLE 2064 von Texas Instruments. Wie in 11 gezeigt, werden die Eingangssignale 200R, 200G und 200B von Filter 52 über einen addierenden Anschluss empfangen. Filter 52 stellt dementsprechend die mittlere Amplitude des Signals 200 fest und stellt die mittlere Amplitude 204 der Schnittstelle 22 über einen Multiplexer bereit.
  • Die Schnittstelle 22 umfasst geeigneterweise Analog/Digital-Wandler (ADCs), welche analoge Signale aufnehmen, wie beispielsweise das Ausgangssignal 204 vom Mittelwertdetektor 50, und wandelt die analogen Signale in digitale Signale um. Gemäß dieser dritten Ausführungsform umfasst eine bevorzugte Eingangsschnittstelle 22 einen AD9058 von Analog Devices (ADC) 54. Die Eingangssignale 200R, 200G und 200B und der analoge Signalmittelwert 204 werden jeder von individuellen ADCs 54 empfangen. Der ADC 54 stellt ein digitalisiertes Signal 208R, 208G und 208B (zusammen Signal 208) und ein digitalisiertes Mittelwertsignal 206 dem Schaltkreis zur Signalidentifikation 24 bereit.
  • Der Schaltkreis zur Signalidentifikation 24 identifiziert in geeigneter Weise die Eigenschaften eines Signals. Genauer gesagt identifiziert der Identifikationskreis 24 gemäß dieser dritten Ausführungsform in geeigneter Weise die minimale Amplitude eines digitalen Eingangssignals 208 innerhalb einer Vorlage. Wie oben diskutiert kann jeder Schaltkreis, jede Komponente oder jedes Gerät, welche in der Lage sind die minimale Amplitude eines Signals zu identifizieren, den Schaltkreis zur Signalidentifikation 24 umfassen. Gemäß dieser dritten Ausführungsform umfasst der Identifikationskreis 24 ein programmierbares Logikgerät (PLD) 56. PLDs umfassen typischerweise verschiedene Konfigurationen von logischen Gattern, wie beispielsweise AND, OR und NOR Gatter. PLDs können in geeigneter Weise zur Implementierung verschiedener Algorithmen konfiguriert (oder programmiert) werden. Dementsprechend kann PLD 56 geeigneterweise zur Ausführung verschiedener arithmetischer Operationen konfiguriert werden, wie beispielsweise jenen, welche zur Identifizierung einer Reihe von Signaleigenschaften verwendet werden. Ein geeignetes PLD 56 umfasst den EPM7256E von Altera.
  • Gemäß dieser dritten Ausführungsform wird das PLD 56 zur Identifikation der minimalen Amplitude des Signals 208 konfiguriert. Das PLD 56 wird ferner zur Verschiebung eines Signals auf der Grundlage der minimalen Amplitude des Signals 206 (d. h. es zieht das identifi zierte Minimum vom Signal ab) und genauso zur Verschiebung des Mittelwerts des Signals auf der Grundlage der minimalen Amplitude des Signals 208 konfiguriert (d. h. es zieht das identifizierte Minimum vom Mittelwert des Signals ab). Das PLD 56 kann zur Identifikation der minimalen Amplitude des Eingangssignals 208, 208G und 208B programmiert werden. Gemäß einem bevorzugten Gesichtspunkt dieser dritten Ausführungsform wird das PLD 56 in geeigneter Weise zur Identifikation der minimalen Amplitude des Eingangssignals 208G konfiguriert.
  • Genauer gesagt empfängt das PLD 56 geeigneterweise die Eingangssignale 208, 208G und 208B sowie einen Signalmittelwert 206. Das PLD 56 identifiziert die minimale Amplitude des grünen Signals 208G der Eingangssignale 208, 208G und 208B sowie des Signalmittelwerts 206. Die resultierenden Signale werden als die verschobenen Signale 210, 210G, 210B und 210M bereitgestellt. Die Identifizierung und Anwendung einer minimalen Amplitude eines einzelnen Datenstroms, wie beispielsweise Signal 208G (Grün), ist insbesondere zur Anpassung eines monochromen Signals nützlich, welches an eine Farbanzeige übertragen wird.
  • Der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 empfängt den Ausgang vom Identifikationskreis 24, genauer gesagt vom PLD 56. Wie oben diskutiert, konvertiert oder manipuliert der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 in geeigneter Weise ein Signal gemäß bestimmten Signaleigenschaften, wie durch Identifikationskreis 24 identifiziert. Gemäß dieser dritten Ausführungsform manipuliert der Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 das Signal gemäß dem Mittelwert und der minimalen Amplitude des Signals über das Signal 210M (der Differenz zwischen der durchschnittlichen Amplitude und der minimalen Amplitude). Während eine Reihe von Schaltkreisen, Komponenten oder Geräte in der Lage sind ein Signal zur Erzeugung eines gewünschten oder verbesserten Ausgangssignals zu manipulieren, umfasst ein bevorzugter Schaltkreis zur Signalkonvertierung 26 gemäß dieser dritten Ausführungsform mehrere PROMs 58, wie beispielsweise einen 28HC256 von Atmel.
  • Jeder PROM 58 versieht in geeigneter Weise die Signalkonvertierung für eine der Komponenten des Videosignals (d. h. das rote, grüne oder blaue Signal) und speichert eine Reihe von Verstärkungskurven, welche durch Nachschlagtabellen zugänglich sind. PROM 58 wird geeigneterweise derart programmiert, dass jede Kombination von verschobenem Signalmittelwert und verschobener Videosignalkomponente, welche an den Adresseingängen des PROM 58 angelegt werden, eine Ausgabe auf den Datenleitungen erzeugt, welche einem Videosignal entspricht, welches gemäß einer ausgewählten Verstärkungskurve verstärkt wurde. Deshalb wird jedem PROM 58 eines der verschobenen Videosignale 210R, 210G, 210B sowie der verschobene Signalmittelwert 210M vom PLD 56 bereitgestellt. Der verschobene Signalmittelwert 210M wird in geeigneter Weise an den Adresseingängen mit H-Pegel des PROM 58 derartig vorgesehen, dass der verschobene Signalmittelwert 210M den passenden Bereich der Speicheradressen auswählt (d. h. die passende Verstärkungskurve). Das relevante verschobene Videosignal 210 wird genauso an den Adressen mit L-Pegel vorgesehen, um auf bestimmte Daten innerhalb des PROM 58 zur Erzeugung einer verstärkten Videoausgabe zur Bereitstellung an die Anzeigeeinheit 16 zuzugreifen.
  • Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung, besonders die aktive Optimierung des Videosignals zur automatischen Steuerung der Helligkeit und des Kontrasts einer Anzeigeeinheit, können in geeigneter Weise auf einen breiten Bereich von Szenarien angewendet werden. Beispielsweise erlaubt eine kürzlich in Fahrzeuge eingebaute Funktion einem Benutzer den Zugriff auf Landkartendaten aus einem Bordcomputer. Diese Landkartendaten können Straßeninformationen oder eine topografische Landkarte eines gegebenen Gebietes umfassen. Die Anzeige der Landkarte kann in das Armaturenbrett, beispielsweise auf einem LCD-Bildschirm, integriert werden oder als ein HUD konfiguriert werden, welches auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs projiziert wird. Typischerweise sind derartige Landkarten mit geringem Kontrast versehen, welcher feine Schattierungen von Braun, Grün oder Gelb umfasst, so dass die Unterscheidung zwischen verschiedenen Schattierungen schwierig ist. Die Ablenkung der Aufmerksamkeit eines Fahrers von der Straße auf die Konzentration auf eine Landkartenanzeige mit geringem Kontrast (oder der Versuch eine verbesserte Anzeige manuell einzustellen) stellt offensichtliche Gefahren dar. Durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit der Landkartenanzeige können die Helligkeit und der Kontrast des Bildes automatisch optimiert und die potenzielle Ablenkung des Fahrers reduziert werden.
  • Im Ergebnis manipuliert der Schaltkreis zur Signalkonvertierung das Videosignal zur Erzeugung eines gewünschten Ausgangsvideosignals. Dementsprechend können jede Anzahl oder Konfiguration von Verstärkungskurven, abhängig von den gewünschten Eigenschaften des Ausgangsvideosignals, eingesetzt werden. Beispielsweise kann, wie oben diskutiert, die vorliegende Erfindung zur Verbesserung des Informationsgehalts eines Videosignals eingesetzt werden. Die Art oder der Umfang der Verbesserung wird geeigneterweise durch bestimmte Verstärkungskurven gesteuert, welche in den Schaltkreisen der Signalkonvertierung oder der Signalverbesserung enthalten sind.
  • Während die Prinzipien der vorliegenden Erfindung unabhängig vom Typ der Anzeigeeinheit in geeigneter Weise zur Verbesserung eines Videosignals eingesetzt werden können, sind die Prinzipien der vorliegenden Erfindung insbesondere vorteilhaft, wenn sie mit einer LCD-Anzeige verwendet werden. Wie oben diskutiert, weisen LCD-Anzeigen einen begrenzten Dynamikbereich auf. Wo beispielsweise ein Eingangsvideosignal auf 256 Schattierungen quantisiert ist und die LCD-Anzeige auf 64 Grauschattierungen begrenzt ist, verlieren typische Anzeigen viele von den Informationen des Videosignals oder stellen sie wenigstens nicht wahrnehmbar dar. Dementsprechend analysiert die vorliegende Erfindung den Informationsgehalt und konvertiert oder manipuliert das Videosignal derartig, dass die Informationen über einen größeren Anteil des verfügbaren Dynamikbereichs verteilt werden. Verteilung oder Verbesserung des Informationsgehalts des Videosignals gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert in geeigneter Weise Informationsverlust, welcher entstehen würde, wenn die Informationen nur über ein paar Grauschattierungen (über einen kleinen Teil des Dynamikbereichs) angezeigt würden.
  • Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen und die beste Ausführungsform der Erfindung, welche dem Anmelder zum Zeitpunkt der Anmeldung bekannt waren, wurden zum Zwecke der Illustration und der Beschreibung vorgelegt. Es besteht kein Anspruch auf Vollständigkeit oder die Absicht die Erfindung auf die genaue offenbarte Ausgestaltung zu begrenzen, und offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich. Beispielsweise können die allgemeinen Prinzipien der sensorischen Signalidentifikation und Signalkonvertierung auf andere als Videosignale, beispielsweise auf Sonarsignale, angewandt werden. Die Funktionen der Signalidentifikation, welche durch das PLD ausgeführt werden, können ferner ebenso in einem PROM untergebracht werden; genauso können die Funktionen, welche in einem PROM ausgeführt werden, durch die Verwendung eines Prozessors realisiert werden. Die verschiedenen Ausführungsformen wurden zur Erklärung der Prinzipien der Erfindung und ihrer praktischen Anwendung ausgewählt und beschrieben, damit andere Durchschnittsfachleute befähigt werden die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, welche zur bestimmten, ins Auge gefassten Verwendung passen, am günstigsten einzusetzen.

Claims (11)

  1. Signalverbesserungssystem (10) zur Ausnützung eines vollen Anzeigeaussteuerungsbereichs einer Anzeigeeinheit (16), welches umfasst: einen Identifikationskreis (24) zur Identifikation wenigstens einer vorgewählten Eigenschaft eines ursprünglichen Signals, wobei die vorgewählten Eigenschaften des ursprünglichen Signals durch statistische Merkmale, welche im ursprünglichen Signal enthalten sind, gegeben sind; einen ersten Steuerkreis (24, 36), welcher auf den Identifikationskreis (24) anspricht und so konfiguriert ist, dass er automatisch den Gleichstrompegel des ursprünglichen Signals auf der Grundlage der identifizierten Eigenschaft einstellt; und einen zweiten Steuerkreis (24, 38), welcher auf den Identifikationskreis (24) anspricht und so konfiguriert ist, dass er automatisch die Verstärkung des Signals auf der Grundlage der identifizierten Eigenschaft einstellt, wobei: wenigstens eine der vorgewählten Eigenschaften ein erstes Merkmal (32) innerhalb eines Abschnitts des Signals einschließt; und der erste Steuerkreis (24, 36) so konfiguriert ist, dass er automatisch den Gleichstrompegel des Signals gemäß der Stärke des ersten Merkmals einstellt, wobei: wenigstens eine der vorgewählten Eigenschaften ein zweites Merkmal (34) innerhalb eines Abschnitts des Signals einschließt; und der zweite Steuerkreis (24, 38) so konfiguriert ist, dass er automatisch die Verstärkung des Signals auf der Grundlage des zweiten Merkmals einstellt, und wobei: wenigstens eine der vorgewählten Eigenschaften ein drittes Merkmal (31) innerhalb eines Abschnitts des Signals einschließt; und der zweite Steuerkreis (24, 38) so konfiguriert ist, dass er automatisch die Verstärkung des Signals gemäß der Stärke des dritten Merkmals einstellt.
  2. Signalverbesserungssystem nach Anspruch 1, wobei das erste Merkmal eine minimale Amplitude ist, das zweite Merkmal eine maximale Amplitude ist und das dritte Merkmal eine durchschnittliche Amplitude ist.
  3. Signalverbesserungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Steuerkreis (24, 38) einen Speicher (58) umfasst, wobei der Speicher wenigstens eine Verstärkungskurve enthält und das Signal gemäß einer der Verstärkungskurven verstärkt wird.
  4. Signalverbesserungssystem nach Anspruch 3, wobei der zweite Steuerkreis (38) so konfiguriert ist, dass er automatisch die Verstärkung des Signals gemäß einer abschnittsweise linearen Verstärkungskurve auf der Grundlage einer Signalabweichung einstellt, wobei der zweite Steuerkreis Signalkomponenten innerhalb der Abweichung mehr verstärkt als Signalkomponenten außerhalb der Abweichung.
  5. Signalverbesserungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Steuerkreis (38) das Signal gemäß einer abschnittsweise linearen Verstärkungskurve verstärkt, welche gemäß wenigstens einer der identifizierten vorgewählten Eigenschaften ausgewählt wird.
  6. Signalverbesserungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Steuerkreis (38) das Signal gemäß einer nichtlinearen Verstärkungskurve verstärkt, welche gemäß wenigstens einer der identifizierten vorgewählten Eigenschaften ausgewählt wird.
  7. Verfahren zur Verarbeitung von Videosignalen zur Maximierung der Verteilung des Videosignals über einen Aussteuerungsbereich eines Anzeigegeräts, welches die folgenden Schritte umfasst: Identifizieren eines Amplitudenmerkmals des Videosignals, wobei das identifizierte Amplitudenmerkmal ein erstes statistisches Merkmal umfasst, welches im Videosignal enthalten ist; Identifizieren eines Verteilungsmerkmals des Videosignals relativ zum Aussteuerungsbereich des Anzeigegeräts, wobei das identifizierte Verteilungsmerkmal ein zweites statistisches Merkmal und ein drittes statistisches Merkmal umfasst, welche im Videosignal enthalten sind; automatisches Einstellen des Gleichstrompegels des Videosignals auf der Grundlage des ersten statistischen Merkmals des identifizierten Amplitudenmerkmals; und automatisches Einstellen der Verstärkung des Videosignals auf der Grundlage des zweiten statistischen Merkmals und des dritten statistischen Merkmals des identifizierten Verteilungsmerkmals.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt der automatischen Einstellung der Verstärkung umfasst: Zugreifen auf einen Speicher, welcher wenigstens eine Verstärkungskurve enthält; und Einstellen der Verstärkung des Videosignals gemäß einer der Verstärkungskurven.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verteilungsmerkmal eine Signalabweichung des Signals einschließt und der Schritt der automatischen Einstellung der Verstärkung die Einstellung der Verstärkung des Signals auf der Grundlage der Signalabweichung umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt der automatischen Einstellung der Verstärkung die Einstellung der Verstärkung des Signals gemäß einer abschnittsweise linearen Verstärkungskurve auf der Grundlage der Signalabweichung einschließt, wobei Signalkomponenten innerhalb der Abweichung mehr verstärkt werden als Signalkomponenten außerhalb der Abweichung.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt der automatischen Einstellung der Verstärkung die Einstellung der Verstärkung gemäß einer abschnittsweise linearen Verstärkungskurve einschließt, welche gemäß des Verteilungsmerkmals ausgewählt wird.
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