DK147959B - Signalbehandlingsapparat for lodrette videobilleddetaljesignaler - Google Patents

Description

i 147959 o

Opfindelsen vedrører et signalbehandlingsapparat til både restitution eller tilbageføring og fremhævelse af lodret billeddetaljeinformation i en farvefjernsynsmodtager, hvilket signalbehandlingsapparat er af den i krav l's 5 indledning angivne art.

I et farvefjernsynssystem såsom det system, der er valgt af USA, er luminans- og chrominanskomposanterne placeret inde i videofrekvensspektret i frekvenssammenbladet tilstand, idet luminanskomposanterne er placeret ved heltallige multi-10 pla af den vandrette linieafsøgningsfrekvens og chrominanskomposanterne ved ulige multipla af halvdelen af linieafsøgningsfrekvensen. Forskellige kamfilterarrangementer til adskillelse af de frekvenssammenbladede luminans- og chrominans-komposanter for videosignalet kendes for eksempel fra US-15 -patentskrift nr. 4.143.397 og U3-patentskrift nr. 4.096.516 og de deri nævnte skrifter.

Et kæmmet luminanssignal, der optræder ved kamfiltrets luminansudgang, har været udsat for en "kæmningseffekt" over hele sit bånd. Kæmningsvirkningen over den høj-20 frekvensbånddel, der er fælles med chrominanssignalkomposan-terne, har den ønskede virkning at slette chrominanssignal-komposanter. Udvidelse af denne kæmningsvirkning ind i den lavfrekvensbånddel, der ikke er fælles med chrominanssig-nalkomposanterne, er imidlertid ikke nødvendig for at frem-25 kalde den ønskede fjernelse af chrominanssignalkomposanter, og den tjener udelukkende til unødvendigt at slette lumi-nanssignalkomposanter. Komposanter i den lavere ende af dette ikke-fælles bånd, der er udsat for en sådan sletning, repræsenterer luminanssignalets "lodrette detaljeinforma-30 tion". Bevarelse af sådanne lodrette detaljer er ønskeligt for at undgå tab af lodret opløsning i luminansindholdet i det viste billede.

I et arrangement til bevarelse af den lodrette detaljeinformation anvendes et lavpasfilter, der er forbun-35 det med udgangen på kamfiltret, hvor den "kæmmede" chromi-nanskomposant optræder. Den øvre afskæringsfrekvens for 2

O

147959 dette filter ligger under dét bånd, der optages af chromi-nanssignalkomposanten (et typisk valg heraf ligger lige under 2 MHz). Filtret fører selektivt signaler under chromi-nansbåndet fra kamfiltrets chrominansudgang til et kombi-5 neringskredsløb, hvor de selektivt overførte signaler summeres med kæmmede luminansudgangssignaler fra kamfiltret.

Det således kombinerede signal indbefatter en "kæmmet" højfrekvensdel, der optager et bånd af frekvenser over filtrets afskæringsfrekvens, hvorfra chrominanssignalkomposanterne 10 er blevet fjernet, og en ukæmmet (dvs. "flad") lavfrekvensdel, hvori alle luminanssignalkomposanter er blevet bevaret.

Det er sommetider ønskeligt at fremhæve den lodrette detaljeinformation for et fremvist billede ved til luminanssignalet at tilbageføre en større mængde af det lod-15 rette detaljesignal, end hvad der er nødvendigt for at genskabe luminanssignalet i sin oprindelige skikkelse (dvs. med en "flad" amplitudekarakteristik). Det yderligere lodrette detaljesignal tjener da til at fremhæve eller maksimere den lodrette detaljeinformation således, at billedde-20 taljeopløsningen forbedres. Ved luminanssignaler med lavt niveau er en sådan forstærkning imidlertid tilbøjelig til at skabe uønskede synlige virkninger, når der er støj tilstede, som er blevet fremhævet på uønsket måde sammen med den lodrette detaljeinformation for luminanssignalet.

25 I dette tilfælde bliver også variationer mellem hver anden linie, der skyldes forskellig indstilling eller "ALSUV" (Alternate Line Set-Up Variations) fremhævet på u-ønsket måde, når de er tilstede i videosignalet. "ALSUV"--fænomenet er en form for lavniveausignalinterferens, der 30 viser sig ved variationer i videosignalets mørkeniveau fra linie til linie, og kan for eksempel skyldes forkert tilretning af signalbehandlingssystemerne ved senderen. "ALSUV"--interferensen er især mærkbar for lavniveau-videosignaler på omtrent 5 % af den maksimalt forventede videosignalam-35 plitude, og skaber uønskede synlige effekter på et gengivet billede, som forstørres på uønsket måde, når der anvendes lodret detaljefremhævelse.

O

147959 3

En teknik til formindskelse af de skadelige virkninger af støj og andre uønskede komposanter i et videosignal er baseret på en metode, der almindeligvis betegnes som "signaludsparing", hvori små amplitudeudsving i signa-5 let (indbefattet støj) fjernes for eksempel som beskrevet i US-patentskrift nr. 3.715.477.

Det er opfindelsens formål at anvise et signalbehandlingsapparat ved hjælp af hvilket udsparing af det lodrette detalje signal udføres på en måde, der ikke forringer (dvs.

10 "udtværer") den lodrette detaljeinformation, specielt hvad angår detajlesignalinformation med lavt niveau, der skal føres tilbage til luminanssignalet, og som endvidere fremhæver den lodrette detaljeinformation i det væsentlige uden samtidig at fremhæve eller forstærke de forstyrrende 15 signalkomposanter, såsom støj og de ovennævnte variationer på grund af forskellig indstilling af hver anden linie ("ALSUV").

Det angivne formål opnås med et signalbehandlingsapparat af den indledningsvis angivne art, som ifølge 20 opfindelsen er ejendommelig ved den i krav l's kendeteg.-nende del angivne udformning.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et blokdiagram af en del af en farve-

AC

fjernsynsmodtager, hvori der anvendes et apparat ifølge opfindelsen, fig. 2 viser et kredsløb, der er egnet til brug ved arrangementet i fig. 1, og fig. 3-5 viser amplitudekarakteristikker for apparatet 30 i fig. 1.

I fig. 1 tilfører en kilde for sammensatte farvevi- deosignaler 10, der omfatter luminans- og chrominanskomposan- ter, videosignaler til en indgang på et kamfilter 15 af kendt udformning, såsom et kamfilter, der udnytter ladnings-35 koblede organer (CCD) som vist i US-patentskrift nr. 4.096.516. Luminans- og chrominanskomposanterne er arrangeret inde i videosignalfrekvensspektret i frekvenssammenbladet tilstand. Luminanskomposanten har en relativt stor båndbredde, (der 4

O

147959 strækker sig fra jævnspænding eller frekvens nul og til omkring 4 MHz). Det øvre frekvensområde for luminanskompo-santen bliver delt med chrominanskomposanten, der omfatter et underbærebølgesignal på 3,58 MHz, der er amplitude- og 5 fasemoduleret med farveinformation. Amplitude/frekvens-karakteristikken for kamfiltret med hensyn til luminanskæmningsvirkningen udviser maksimale amplituder ved heltallige multipla af den vandrette linieafsøgningsfrekvens (ca.

15.734 Hz), strækkende sig fra jævnspænding eller frekvens nul, 10 og amplitudenuller ved ulige multipla af naivdelen af linie- afsøgnings frekvensen, omfattende 3,58 MHz- - farveunderbærebøl-gefrekvensen. Amplitude/frekvens-karakteristikken for kamfiltret 15 med hensyn til chrominanskæmningsvirkningen udviser maksimale amplituder ved ulige multipla af halvdelen 15 af liniefrekvensen omfattende 3,58 MHz, og et amplitudenul ved hele multipla af liniefrekvensen.

Et "kæmmet" luminanssignal (Y) fra luminansudgangen på kamfiltret 15 føres via et lavpasfilter 22 og en vægtningsmodstand 28 til en indgang på et signalkombinerings-20 kredsløb 30. Filtret 22 er indrettet til at lade alle luminanssignaler under en afskæringsfrekvens på ca. 4 MHz passere, og tjener til at fjerne støj og klokfrekvenskompo-santer fra omskiftningssignaler hørende til omskiftervirkningen af kamfiltret 15, når dette er af CCD-kamfilter-25 typen.

Et "kæmmet" chrominanssignal (C) fra chrominansud-gangen på kamfiltret 15 tilføres en farvesignalbehandlingsenhed 64 for at danne R-Y, B-Y og G-Y farvedifferenssignaler og en indgang på et lodret detaljelavpasfilter 35. En-30 heden 64 omfatter et passende filter til kun at lade de signalfrekvenser fra kamfiltret 15 passere, som optager båndet for chrominanssignalfrekvenser. Filtret 35 udviser en afskæringsfrekvens på ca. 1,8 MHz, og lader selektivt de signalfrekvenser, der er tilstede i det kæmmede chrominansudgangs-35 signal fra kamfiltret 15 og som ligger under denne afskæringsfrekvens, passere. Signalfrekvenser i dette område repræsen- 5 147959

O

terer lodret detaljeluminansinformation, der mangler i det kæmmede luminanssignal, og som skal føres tilbage til luminanssignalet for at undgå tab af lodret opløsning i luminansindholdet i det viste billede. Sådan lodret detalje-5 tilbageføring såvel som lodret detaljefremhævelse opnås på følgende måde.

Lodrette detaljesignaler fra udgangen på filtret 35 føres via en signaltilbageføringsbane A, der omfatter et lavpasfilter 42 og en vægtningsmodstana 48, til en indgang 10 på et signalkombineringskredsløb 60. Lavpasfiltret 42 udviser en afskæringsfrekvens på ca. 2 MHz. Amplitudeoverfør-ingskarakteristikken for banen A er lineær og udviser en forud angivet tilbageføringsforstærkning for både positive og negative signalpolariteter. Størrelsen af tilbageførings-15 forstærkningen svarer fortrinsvis til den størrelse af forstærkning, der i et givet system er nødvendig for at føre små amplitudeudsving for den lodrette detaljekomponent tilbage til luminanssignalet således, at et endeligt rekonstrueret luminanssignal udviser en i det væsentlige "flad" 20 amplitudekarakteristik med hensyn til detaljesignaler med små amplituder. I denne forbindelse bemærkes det, at størrelsen af tilbageføringsforstærkningen er en funktion af forskellige faktorer, omfattende signaloverføringskarakteristikkerne for kredsløb, der er forbundet mellem udgangene 25 på kamfiltret 15 og en luminanssignalbehandlingsenhed 32, der behandler endeligt rekonstruerede luminanssignaler, og den relative størrelse af de signaler, der for eksempel optræder ved udgangene på kamfiltret 15.

Lodrette detaljesignaler fra filteret 35, føres også 30 til en lodret detaljefremhævelsesbane B, der omfatter en kaskadekombination af en ulineær signalbehandlingsenhed 50, et lavpasfilter 52 og en signalvægtningsmodstand 58. Signaler, der er blevet behandlet af banen B, føres til en anden indgang af kombineringskredsløbet 60, der kombinerer de 35 lodrette detaljetilbageføringssignaler fra banen A med de lodrette detaljefremhævelsessignaler fra banen a til dannelse af et ønsket udgangssignal, således som det vil blive beskrevet.

O

6 147959

Kombinationen af det lodrette detaljefilter 35 og . tilbageføringsfiltret 42 etablerer signalbåndbredden for tilbageføringsbanen A, og kombinationen af det lodrette de-taljefilter 35 med filtret 52 etablerer signalbåndbredden 5 for fremhævelsesbanen B, således at chrominanssignalfrekven-serne bliver kraftigt dæmpet.

I dette eksempel udviser lavpasfiltret 52 en afskæringsfrekvens på ca. 1,8 MHz for dæmpning af signalfrekvenser indenfor og over chrominanssignalbåndet. Filtret 52 10 tjener til at forbedre billedskarpheden, specielt med hensyn til effekter, der kan optræde som synlige forstyrrelser langs kanten på et vist diagonalt billedmønster, som beskrevet i nærmere detaljer i US-patentansøgning serienummer 038.204 fra J. P. Bingham og W. A. Lagoni under benæv-15 nelsen "Image Detail Improvement In A Vertical Detail Enhancement System".

Signalbehandlingsenheden 50 omfatter et diodesignal-udsparingskredsløb af den almindelige type, der er vist i fig. 2, der omfatter dioder 51 og 53, som er forbundet anti-20 parallelt, og som leder som reaktion på signaler af modsatte polariteter. Yderligere detaljer for udsparingskredsløb af denne type kan findes i US-patentskrift nr 3.715.477 og i US-patentansøgning serienummer 038.100 fra W. A. Lagoni med benævnelsen "Signal Processing Circuit Having A Non-25 -linear Transfer Function".

Amplitudeo'verføringskarakteristikken for signalbehandlingsenheden 50 og også overføringskarakteristikken for signaler, der er frembragt ved den anden indgang på kombineringskredsen 60 via banen B, er vist i fig. 4. De følgende 30 bemærkninger, der vedrører reaktionerne på signaler med positiv polaritet (+) gælder også for signaler med negativ polaritet (-).

Udsparings-, beskærings- og forstærkerkredsløbene inde i behandlingsenheden 50 skaber en signalamplitudeover-35 førings(forstærknings)karakteristik, som vist i fig. 4, for 3 områder I, II og III med hensyn til 3 forud fastlagte om- 147959

O

7 råder af lodrette detaljesignalamplituder. Udsparingskredsløbet skaber en reaktion svarende til nul forstærkning i et første område for lavniveausignaler for eksempel signalamplituder på omkring 5% af den maksimalt forventede am-5 plitude. Dvs., at udsparingskredsløbet hæmmer lavniveau- signalerne for at forhindre, at de fremhæves i banen B sammen med støjen og andre uønskede komposanter. Forstærkertrinet inde i behandlingsenheden 50 forstærker lodrette detaljesignaler med mellemstor amplitude, for eksempel signal-.

10 amplituder mellem 5% og 40% af den maksimale forventede amplitude, indenfor område IX med en forstærkning på for eksempel ca. 3 for derved at betone den lodrette detaljeinformation og forøge billedkontrasten i dette område. Lodrette detaljesignaler med relativt store amplituder, for eksempel 15 svarende til billeder med stor kontrast såsom bogstaver, bliver reduceret i amplitude eller "beskåret" som angivet ved amplitudereaktionen i område III, for at undgå for stor kontrast og for at undgå defokusering på billedrørskærmen, som ellers ville forvrænge eller gøre billeddetaljer uklare.

20 Et kombineret lodret detaljesignal, der er frembragt ved udgangen af kombineringskredsløbet 60, udviser en amplitudekarakteristik i overensstemmelse med den amplitudeoverføringskarakteristik, der er vist i fig. 5. Overføringskarakteristikken i fig. 5 repræsenterer en sammensat overfør-25 ingskarakteristik, der omfatter overføringskarakteristikken i fig. 3 (for tilbageføringsbanen A) sammensat med karakteristikken i fig. 4 (for fremhævelsesbanen B). Et kredsløb til frembringelse af den overføringsfunktion, der er vist i fig. 4, er vist i den sideløbende DK-patentansøgning nr.

30 2045/80.

Det bemærkes, at i område I (lodret detaljetilbageføring) er lodret detaljesignalinformation ved lavt niveau blevet tilbageført i en tilstrækkelig mængde til at bevare normal lodret opløsning ved lavt niveau i det viste billedes 35 luminansindhold. Valget af den tilbageføringsforstærkning, der frembringes af amplitudeoverføringskarakteristikken for 147969 δ ο område I, (se fig. 1 og 3), indebærer hensyntagen til, hvilke resultater, der er acceptable i et givet videosignalbehandlingssystem. Hvis for eksempel tilbageføringsforstærkningen er for stor, er det sandsynligt, at "ALSUV"-signalinterferens 5 ved lavt niveau vil kunne ses. Hvis tilbageføringsforstærkningen er utiistrækkelig, vil en betydelig kæmningseffekt (dvs. signalmaksima og minima ved forskellige frekvenser) optræde i det lodrette detaljefrekvensområde under 2 MHz, hvilket resulterer i tab af lodret detaljeinformation ved 10 lavt niveau. Hældningen af amplitudeoverføringskarakteristikken i område I svarer således til størrelsen af den signalforstærkning, der er nødvendig for at skabe en ønsket reaktion (for eksempel en flad luminansreaktion) uden at indføre uacceptable bivirkninger. Signalamplitudereaktionen for 15 område I, som bestemt af tilbageføringsbanen A, står fortrinsvis i et fast forhold til reaktionen i den signalbane, der fører det kæmmede luminanssignal fra udgangen på kamfiltret 15 til kombineringskredsløbet 30.

I område II (lodret detaljefremhævelse) er en passen-20 de mængde af lodret detaljeforstærkning blevet tilvejebragt ved at yde ekstra forstærkning til signaler med mellemstore amplituder med henblik på at forbedre den lodrette opløsning i et fremvist billede. Da kun signaler, der er behandlet af fremhævelsesbanen, bliver udsparet, og signaler, der er behand-25 let af tilbageføringsbanen, bliver overført med tilbagefør ingsforstærkningen, undgås billedudtværing af lodret detaljeinformation ved lavt niveau og fremhævelse af uønsket lave signalkomposanter ved lavt niveau, herunder støj og "ALSUV"--forstyrrelser, er i det væsentlige undgået eller reduceret 30 til et acceptabelt minimum. Yderligere information om den sammensatte ulineære reaktion i fig. 5, herunder område III (beskæring af lodrette detaljer) er beskrevet i US-patentansøg-ning serienummer 038.203 fra J. S. Fuhrer under benævnelsen "Non-linear Processing Of Video Image Vertical Detail Infor-35 mation".

O

9 147959

Det bemærkes også, at det beskrevne behandlingsarrangement for lodrette detaljesignaler er upåvirket af variationer i luminanskomposantens jævnstrømsniveau. På grund af den måde, hvorpå et kamfilter udleder et kæmmet chromi-5 nanssignal ved at udnytte en kendt subtraktiv signalkombineringsproces, udviser det kæmmede chrominanssignal en jævn-spændingskomposant på nul. Udsparing af det lodrette detaljesignal, som er udledt fra kamfiltrets chrominansudgangssignal, kan derfor udføres på forudsigelig måde omkring det jævn-10 spændingsforspændingsniveau, der er frembragt ved kamfiltrets kæmmede chrominansudgang, og som svarer til midten af "udsparingen". Da det referenceniveau, omkring hvilket udsparingen sker, fastholdes på forudsigelig måde, er signalets udsparingsområde veldefineret og bidrager til at tilveje-15 bringe veldefinerede tilbageførings-, fremhævelses- og beskæringsområder som beskrevet.

• Det behandlede lodrette detaljesignal, der optræder ved udgangen af kombineringskredsløbet 60, summeres i kredsløbet 30 med det kæmmede luminanssignal, der er til-20 ført via filtret 22. Udgangssignalet fra kombineringskredsløbet 30 svarer til en konstrueret luminanskomposant i videosignalet med dens lodrette detaljeinformation tilbageført og fremhævet på den beskrevne måde. Den rekonstruerede luminanskomposant føres derefter til en luminanssignalbe-25 handlingsenhed 32. Et forstærket luminanssignal Y fra enheden 32 og farvedifferenssignalerne fra chrominansenheden 64 kombineres i en matrix 68 for frembringelse af R, B og G farve-billedrepræsenterende udgangssignaler. Disse signaler føres derefter på passende måde til billedihtensitetsstyreelektro-30 derne i et farvebilledrør 70.

Signalvægtningsmodstandene 28, 48 og 58 er dimensioneret således, at passende mængder af det kæmmede luminanssignal og de behandlede lodrette detaljesignaler, når de kombineres, skaber et ønsket niveau for den luminanskoinpo-35 sant, der til sidst optræder ved udgangen fra kombineringskredsløbet 30. De forsinkelser i signalforplantningen, der 147959 ίο o er knyttet til banerne A og B, udlignes ved hjælp af de signalforsinkelser, der er knyttet til filtrene 42 og 52. Også forsinkelserne i signalforplantningen mellem luminansudgangen fra kamfiltret 15 og den første indgang på kombinerings-5 kredsløbet 30 via banen A og chrominansudgangen fra kamfiltret 15 og den anden indgang på kombineringskredsløbet 30 via banen B, udlignes ved hjælp af den forsinkelse, der er knyttet til filtret 22, og den forsinkelse, der er knyttet til filtrene 35, 42 og 52 i den lodrette detaljesignalbane.

10 Til trods for, at kombineringskredsløbene 30 og 60 er vist som særskilte enheder i fig. 1, skal det bemærkes, at disse to kombineringskredsløb kunne erstattes med et enkelt kombineringskredsløb med tre indgange til summering af de kæmmede luminanssignaler fra kamfiltret 15 med de lod-15 rette detaljesignaler, der er fremført via banerne A og B.

Claims (1)

1. Signalbehandlingsapparat for lodrette videobilled-detaljesignaler i et system til behandling af et videosignal indeholdende billedrepræsenterende luminans- og chrominans-5 komposanter, der er beliggende i et frekvensspektrum for nævnte videosignal i frekvenssammenbladet forhold, hvilket system omfatter kamfilterorganer (15) til ved en første udgang at frembringe et kæmmet luminanssignal med amplitudemaksima ved hele multipla af en billedlinieafsøgningsfrekvens 10 og amplitudenuller ved ulige multipla af halvdelen af nævnte linieafsøgningsfrekvens, og til ved en anden udgang at frembringe et kæmmet chrominanssignal med amplitudemaksima ved u-lige multipla af halvdelen af nævnte linieafsøgningsfrekvens og amplitudenuller ved heltallige multipla af nævnte linie-15 afsøgningsfrekvens, og hvori signaler, der er frembragt ved den anden udgang, omfatter signalfrekvenser, der repræsenterer lodret luminansbilleddetaljeinformation, der mangler i det kæmmede luminanssignal ved den første udgang, hvilket signalbehandlingsapparat omfatter 20 a) organer (35), der er forbundet med den anden udgang på kamfilterorganerne (15) og indrettet til selektivt at lade nævnte signalfrekvenser svarende til lodret detaljeinformation passere under udelukkelse af signaler, der optager båndet af chrominanssignalfrekvenser, 25 b) organer (30,60) til at kombinere signaler, som organerne (35) har ladet passere, med det kæmmede luminanssignal fra den første udgang fra kamfilterorganerne (15) til dannelse af luminans-komposanten, og c) luminanssignaludnyttelsesorganer (32) til at modtage 30 luminanskomposanten fra kombineringsorganerne (30,60), kendetegnet ved, d) overføringsorganer (42,50,52), der er forbundet mellem udgangen fra organerne (35) og kombineringsorganerne (30,60) til overføring af små amplitudeudsving i det lodrette oc detaljesignal med en første forstærkning, der er større end nul, og til overføring af mellemstore amplitudeudsving i det lodrette detaljesignal med en anden forstærkning, der er større end den første forstærkning.