FI106350B - Televisiovastaanotin varustettuna osittain ohitetulla epälineaarisella luminanssisignaaliprosessorilla - Google Patents

Description

106350

Televisiovastaanotin varustettuna osittain ohitetulla epälineaarisella luminanssisignaaliprosessorilla

Esillä oleva keksintö koskee televisiovastaanot-5 timia ja erityisesti televisiovastaanottimia joissa käytetään luminanssisignaalin epälineaarista prosessointia parantamaan erottelua näytettyjen kuvien tummilla ja/tai vaaleilla alueilla.

Tunnetaan videoprossointipiirejä, jotka parantavat 10 erottelua näytettyjen kuvien tummilla tai vaaleilla alueilla. O. H. Shade, esimerkiksi, kuvaa sellaisen proses-sointipiirin US-patentissa 2 760 008 otsikolla AMPLIFIER HAVING CONTROLLABLE SIGNAL EXPANSION AND COMPRESSION CHARACTERISTICS, joka myönnettiin 30.8.1956. Shaden pro-15 sessori sisältää niin kutsutun "mustan venytyksen" ja "valkoisen venytyksen" epälineaariset prosessointipiirit, jotka tuottavat parannetun kuvayksityiskohtien näkyvyyden näytettyjen kuvien tummemmilla ja vaaleammilla alueilla. Tämä saavutetaan vaihtelemalla luminanssisignaalin vahvis-20 tusta luminanssisignaalin tason funktiona. Esimerkiksi erottelun parantamiseksi kuvan tummemmilla alueilla (tämän jälkeen "mustan vetys" -signaaliprosessointi) luminanssi-; j signaali viedään epälineaariseen vahvistimeen, jolla on :" i suhteellisesti korkeampi vahvistus tulosignaalitasoille 25 jotka ovat suunnilleen 50 IRE-yksikön alapuolisella « * · : alueella. Samalla tavoin kuvan vaaleampien alueiden erot- · .·. : telun parantamiseksi (tämän jälkeen "valkoisen venytys" - • · · I./ signaaliprosessointi) korkeampi vahvistus kohdistetaan • · · * tulosignaaleihin jotka ovat 50 IRE-yksikön yläpuolisella 30 alueella.

• · ♦ • · *···* Toisen esimerkin epälineaarisesta luminanssisig- • · · ...· naalin prosessoinnista, jossa luminanssisignaalia vahvis- •' |'j tetaan erilaisilla määrillä erilaisilla signaalitaso- alueilla, kuvaa T. Okada US-patentissa 4 489 349 otsikolla • · 35 VIDEO BRIGHTNESS CONTROL CIRCUIT, joka myönnettiin I I i «Il Il ·

«llll I I

2 106350 18.12.1984. Okadan laite sisältää epälineaarisen video-prosessointipiirin, joka suorittaa luminanssisignaalin muuttuvan gammakorjauksen, ja jossa gamman arvo määrätään automaattisesti ohjaussignaalilla joka saadaan APL-ilmai-5 simelta (keskimääräinen kuvataso).

Esillä oleva keksintö sijoittuu osittain uuden ongelman havaitsemiseen koskien sen tyyppistä epälineaarista luminanssisignaalin prosessointia jossa luminanssi-signaalia vahvistetaan voimakkaammin joillakin signaali-10 amplitudin (kirkkauden) alueilla kuin muilla. Tämä äskettäin keksitty ongelma koskee näytettyjen kuvien kohinan spatiaalista jakaumaa, ja se on hiukan vaikeasti tavoitettava siinä suhteessa, että se riippuu, muiden muassa, määrätyn katselijan käytettävissä olevista videosignaaliläh-15 teistä.

Tarkemmin ottaen tässä on havaittu, että kun videosignaalia "venytetään" (eli vahvistetaan epäsuhteises-ti) määrätyllä IRE-signaalin tasoalueella, tuolla alueella oleva kohina kasvaa verrannollisesti kuvan muilla alueilla 20 olevaan kohinaan verrattuna. Nähtävänä ilmiönä on, että tulosignaaleilla, joilla on heikot signaali/kohina-suh- teet, näytetyissä kuvissa on epäyhtenäinen kohinajakauma, i mistä seuraa "tilkkumaiselta" näyttävä kuva, jossa on sel- keitä ja epäselviä katsottavia alueita. Tätä ei todennä-: : 25 köisesti havaitse katselija jolla on matalakohinaiset sig- naalilähteet (esim. kaupungissa oleva katselija tai sei- • · ;\j lainen katselija jolla on käytettävissään kaapeli- tai • · satelliitti-TV), mutta sen todennäköisesti havaitsevat • · m "reuna-alueilla" olevat katselijat, joilla kohina voi ...^ 30 edustaa merkittävää osaa vastaanotetuista signaaleista.

• ·

Toinen esimerkki tilanteesta, jossa "epätasainen kohinaja- • · ·;*' kauma" -ilmiö tai "tilkkumainen kuva" -ilmiö voidaan tode- ;; t ta, on se kun katselija käyttää signaalilähteenä videonau- huria joka on poissa säädöistään tai tarvitsee kuvapään f r ( (ti < « | 3 106350 puhdistusta, tai sellaisen satelliittikatselijan tapauksessa jonka antenni on väärin suunnattu.

Voisi todeta, että yllä kuvattu "tilkkumaisen kuvan" ongelma voitaisiin ratkaista yksinkertaisesti estä-5 mällä epälineaarinen prosessointi, kun tulosignaali on signaali/kohina-suhteeltaan heikko. Tämä ratkaisu todellakin ratkaisee "tilkkumaisen kuvan" ongelman, mutta vain erottelun heikkenemisen kustannuksella venytetyissä kuva-alueissa.

10 Keksinnön kohteena on ratkaista "tilkkumaisen ku van" ongelma estämättä epälineaarista prosessointia.

Keksinnön toteutuksen sisältävä televisiovastaan-otin sisältää signaalierotussuotimen siihen tuotavan kom-posiittivideosignaalin erottamiseksi luminanssikomponen-15 tiksi ja krominanssikomponentiksi. Käytetään näyttöproses-soria, jossa krominanssisignaalin tulo on kytketty vastaanottamaan krominanssikomponentti, luminanssisignaalin tulo on kytketty vastaanottamaan korminanssikomponentti epälineaarisen signaaliprosessorin kautta, ja jossa lähtö 20 on kytketty näyttölaitteelle kuvien, joissa on parannettu erottelu luminanssisignaalin tasoalueilla jotka epälineaarinen luminanssisignaaliprosessori määrää, näyttämiseksi. Ensimmäinen piiri, joka on kytketty rinnakkain epälineaarisen luminanssisignaaliprosessorin kanssa, kytkee 25 luminanssikomponentin korkeataajuiset komponentit ohi epä-lineaarisesta luminanssisignaaliprosessorista.

Keksintö on kuvattu oheisissa piirroksissa, joissa • · samat osat on merkitty vastaavilla viitemerkinnöillä, ja joissa: ,«··, 30 Kuvio 1 on lohkokaavio, osittain piirikaavion muo- • · dossa, tekniikan tason mukaisesta televisiovastaanottimes- • · *" ta, jossa käytetään mustan venytyksen ja valkoisen veny tyksen epälineaarista signaaliprosessointia; ja

Kuvio 2 on lohkokaavio, osittain piirikaavion muo-< 35 dossa, joka kuvaa kuvion 1 vastaanottimeen muutokset, jot- f r r i t 4 106350 ka toteuttavat keksinnön jolla ratkaistaan "tilkkumaisen kuvan" ongelma.

Esillä olevan keksinnön ymmärtämiseksi on avuksi tarkastella lyhyesti esimerkkiä tunnetusta vastaanottimes-5 ta, jossa on sekä mustan venytyksen että valkoisen venytyksen epälineaarinen videosignaalin prosessointi. Kuvio 1 on esimerkki televisiovastaanotinmallista CTC-169, valmistajana Thomson Consumer Electronics, jossa on sellaiset ominaisuudet. Vastaanotin 10 sisältää krominanssi/lumi-10 nanssi-signaalin erotussuotimen 12, joka suorittaa tulevan komposiittivideosignaalin SI, joka syötetään siihen video-lähteestä 14, erottelun krominanssikomponentiksi Cl ja luminanssikomponentiksi Yl.

Vastaanotin sisältää edelleen näyttöprosessorin 15 16, jonka krominanssisignaalin tulo on kytketty vastaanot tamaan krominanssikomponentti Cl, luminanssisignaalin tulo on kytketty epälineaarisen luminanssisignaaliprosessorin 20 (erotettu ääriviivoilla) kautta vastaanottamaan suotimen 12 tuottama luminanssikomponentti sen jälkeen kun se 20 on viety epälineaarisen prosessoinnin kautta yksikössä 20. Näyttöprosessorin 16 lähtö on kytketty näyttölaitteelle 18 (esim. kineskooppi) kuvien, joissa on parannettu erottelu ;,· ; luminanssisignaalin tasoalueilla jotka epälineaarinen lu- Ί"! minanssisignaaliprosessori 20 määrää, näyttämiseksi.

25 Prosessori 20 sisältää sarjakytkennän, jossa val- ;*·.· koisen venytyksen luminanssisignaaliprosessori 22 on kyt- a · : ketty sarjaan mustan venytyksen luminanssisignaaliproses- i · a sorin 24 kanssa erotussuotimen 12 luminanssisignaalilähdön • ta ja näyttöprosessorin 16 luminanssisignaalitulon väliin. ,,, 30 Esillä olevan keksinnön ominaisuuksien selittämiseksi myö- r a *··;* hemmin on esitetty määrätty kytkentäpiiri mustan ja vai- • a ···* koisen venytyksen prosessoinnin välillä, ja se sisältää resistiivisen kuormituspiirin 30, joka toimii lähtökuor-mana valkoisen venytyksen prosessorille 22, ja emitteri- tie , 35 seuraajan 40, joka kytkee kuormapiirin 30 lähtönavassa 32 « « « f 1 « « 4 I · litta i i 5 106350 esiintyvän valkoisen venytetyn signaalin mustan venytyksen prosessorin 24 tuloon. Kuormapiiri 30 sisältää vastukset Rl ja R2 kytkettyinä navan 32 ja vastaavan positiivisen syöttönavan 34 ja vertailupotentiaalin (esim. maa) lähteen 5 välille. Emitteriseuraaja 40 sisältää NPN-transistorin Q1 kytkettynä yhteisemitterikytkentään, jossa kantaelektrodi on kytketty napaan 32, kollektorielektrodi on kytketty positiivisen syöttöjännitteen +V lähteeseen 36, ja jonka emitterielektrodi on kytketty vertailupotentiaalin (esim. 10 maa) lähteeseen emitterikuormitusvastuksen Rl kautta ja kytketty mustan venytyksen luminanssisignaaliprosessorin 24 tuloon.

Toiminnan aikana krominanssisignaali Cl ja epälineaarisesta prosessoitu luminanssisignaali Y2 prosessoi-15 daan näyttöprosessorilla 16 ja näytetään kineskoopilla 18, jotta tuotettaisiin kuvia joissa on parannetttu erottelu vaaleammilla ja tummemmilla kuva-alueilla epälineaarisen prosessorin 20 suorittamasta valkoisen venytyksen ja musta venytyksen prosessoinnista johtuen. Kuten aiemmin selitet-20 tiin, kohina joka voi olla mukana videotulosignaalissa SI, vahvistetaan epälineaarisessa prosessorissa kuvan "venyte-tyillä" alueilla. Tämä kohinailmiö ei yleisesti puhuen · * * tule olemaan erityisen epämiellyttävä tapauksissa joissa • « tulosignaali SI on signaali/kohina-suhteeltaan suhteelli- • « I". 25 sen heikko, mutta kohinan vahvistaminen "venytetyillä" « I i ; · kuva-alueilla voi tulla näkyväksi ja todetaan "tilkkumai- • · · ’•t|· seita" näyttävänä kuvana, jossa jotkin näytön alueet (ve- « · · '·* ' nytetyt alueet) ovat kohinaisempia kuin muut alueet.

Edellä oleva ongelma ratkaistaan kuviossa 2 esite- • · · 30 tyssä keksinnön toteutuksessa kahden piirin yhdistelmällä. *’**: Ensimmäinen näistä piireistä sisältää taajuusselektiivisen U·, ohituspiirin 50, joka on kytketty rinnakkain epälineaari- f · v i.. sen luminanssisignaaliprosessorin 20 kanssa luminanssisig- ( i ''l** naalikomponentin Y1 korkeataajuisten komponenttien ohit- ( < UI 35 tamiseksi epälineaarisen luminanssisignaaliprosessorin 20

Iitit f « 6 106350 ohi. Toinen näistä piireistä, jotka kuvataan myöhemmin, suorittaa epälineaarisen luminanssisignaaliprosessorin 20 prosessoiman luminanssisignaalikomponentin korkeataajuis-ten komponenttien vaimentamisen.

5 Ohituspiiri 50 sisältää summauspiirin 52, jonka ensimmäinen tulo on kytketty vastaanottamaan epälineaarisesta prosessoitu prosessorin 20 tuottama luminanssisig-naali Y2, jonka toinen tulo on kytketty ylipäästösuotimen 54 kautta vastaanottamaan luminanssisignaali Yl, ja jonka 10 lähtö on kytketty syöttämään ylipäästösuodatetun luminans-sisignaalin Y3 ja epälineaarisesta prosessoidun signaalin Y2 summa (Y2') näyttöprosessorille 16. Ylipäästösuodin 54 sisältää vastuksen R4 ja kondensaattorin Cl sarjakytken-nän. Piirroksessa esitetyillä esimerkinomaisilla kompo-15 nenttiarvoilla tämän suotimen "nurkkataajuus" on suunnilleen 680 kHz. Keksinnön valinnaisena piirteenä ylipäästösuotimen 54 vastus R4 voidaan ohittaa osittain piikitys-kondensaattorilla C2 esitetyllä tavalla. Esitetyillä esimerkkiarvoilla tämä kondensaattori yhdessä vastuksen R4 20 kanssa tuottaa luminanssisignaalikaistan piikittämisen suunnilleen 3.7 MHz taajuudella. Kondensaattori C2 voidaan . jättää pois jos sellaista piikitystä ei tarvita.

• · · *

Toinen piiri, joka vaimentaa epälineaarisen pro- ,·«·, sessorin 20 prosessoiman luminanssisignaalin korkeataajui- • * t."\ 25 set komponentit, sisältää kondensaattorin C3 kytkettynä « i» .* ! valkoisen venytyksen prosessorin 22 resistiivisen kuorman • · « *..* 30 navan 32 ja maan väliin, mikä siten muodostaa alipääs- • · · *·* * tösuotimen yhdessä kuormapiirin 30 kanssa. Kondensaattorin C3 arvo valitaan vastusten Rl ja R2 ekvivalenttiresistans- • · · 30 sin suhteen tuottamaan alipäästösuotimen nurkkataajuuden, • · · joka on oleellisesti sama kuin ylipäästösuotimen 54 nurk-kataajuus ohituspiirissä 50.

« * * t’"t Toiminnan aikana epälineaarinen valkoisen venytyk-

• I

sen ja mustan venytyksen prosessointi suoritetaan vain • · : 35 luminanssisignaalin Yl matalataajuisille komponenteille 7 106350 johtuen alipäästösuotimen (Rl, R2, R3) suorittamasta korkeiden taajuuksien vaimentamisesta epälineaarisessa lumi-nanssisignaalin prosessorissa. Korkeat taajuudet, joita ei prosessoida epälineaarisesta kytketään ohi epälineaari-5 sesta prosessorista 20 ohituspiirillä 50. Tämän seurauksena korkeataajuisia luminanssisignaalin komponentteja ei lisävahvisteta, ja sen vuoksi ne näyttävät vähemmän kohi-naisilta kuin tapauksessa jossa niihin kohdistettaisiin venytys.

10 Visuaalisesti korkeataajuiset häiriökomponentit edustavat tasaista epätilkkumaista jakaumaa näytetyissä kuvissa, ja kohinan vahvistus rajoittuu vain matalataajui-siin häiriökomponentteihin. Esitetystä määrätystä toteutuksesta, jossa molempien suotimien nurkkataajuus valit-15 tiin olemaan suunnilleen 550 kHz aalueella, havaittiin, että saavutettiin signaali/kohina-suhteen parantuminen 3,6dB:llä sekä valkoisen venytyksen että mustan venytyksen piirien toimiessa. Toisella tavalla ilmaistuna näkyvä vaikutus on suunnilleen samanlainen kuin se mikä saavutetaan 20 kun käytetään coring-piiriä. Se on myös adaptiivinen siten, että korkeat venytystasot johtavat korkeampiin sig-naali/kohinasuhteen parannuksen tasoihin (tai oikeammin « t < « ilmaistuna vähempään signaali/kohina-suhteen alentumiseen • · venytyspiireissä).

25 Tässä on esitetty ja kuvattu televisiojärjestelmä,

< I I

; ; jossa on parannettu erottelu vaaleilla ja tummilla kuva- • · · *· [· alueilla, ja joka oleellisesti vähentää kuvattua epäyhte- « * i * näisen kohinajakauman vaikutusta. Siihen voidaan tehdä useita muunnelmia liitteenä olevien patenttivaatimusten

• M

30 määräämän keksinnön sovellusalueen puitteissa. Suotimet * · · : voidaan esimerkiksi toteuttaa vastus-kela-elementeillä t · · (RL) mieluummin kuin vastus-kondensaattori-elementeillä

I I I

(RC) vastaanottimissa joissa käytetään digitaalista pro- • · sessointia. Alipäästösuodatus voi myöskin edeltää kaikkea • « : 35 epälineaarista prosessointia mieluummin kuin olla "upotet- I M t * • » 8 106350 tuna" siihen, kuten esimerkkitoteutuksessa on esitetty. "Upotetun" suodatuksen (valkoisen ja mustan venytyksen piirien välillä) etuna on, että alipäästösuodin voidaan muodostaa yksinkertaisesti lisäämällä yksi kondensaattori 5 olemassa oleviin vastaanotinpiireihin valkoisen venytyksen piirin kuormaan esitetyssä toteutuksessa.

• I « | * 4 < I I I • « • « «

• I

( • · k • · • · • * · • · · • · « ·· • · · • V · • · o • <* • · « ··

• M

• · • · · ··· • · · ψ e m « c « t ' I I ( <

Claims (6)

9 106350

1. Televisiovastaanotin (10), sisältäen: signaalinerotussuotimen (12) siihen syötetyn kom- 5 posiittitulosignaalin (SI) erottelemiseksi luminanssikom- ponentiksi (Yl) ja krominanssikomponentiksi (Cl); näyttöprosessorin (16), jonka krominanssisignaali-tulo on kytketty vastaanottamaan mainittu krominanssikom-ponentti, jonka luminanssisignaalitulo on kytketty epäli-10 neaarisen luminanssisignaaliprosessorin (20) kautta vas taanottamaan mainittu luminanssisignaalikomponentti, ja jonka lähtö on kytketty näyttölaitteelle (16) näyttämään kuvia, joissa on parannettu erottelu luminanssisignaalin tasoalueilla jotka mainittu epälineaarinen luminanssisig-15 naaliprosessori määrää, tunnettu siitä, että se sisältää: ensimmäisen piirin (50), joka on kytketty rinnakkain mainitun epälineaarisen luminanssisignaaliprosessorin (20) kanssa mainitun luminanssikomponentin korkeataajuis-20 ten komponenttien kytkemiseksi mainitun epälineaarisen luminanssisignaaliprosessorin ohi; ja , toisen piirin (Rl, R2, Cl), joka on kytketty mai- I I I r nittuun epälineaariseen luminanssisignaaliprosessoriin ,·*, mainitun epälineaarisen luminanssisignaaliprosessorin pro- 25 sessoiman mainitun luminanssikomponentin korkeataajuisten * komponenttien vaimentamiseksi. • · ·

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen televisiovas- • te '·* * taanotin, tunnettu siitä, että: mainittu ensimmäinen piiri (50) sisältää ylipääs- t« · 30 tösuotimen (54), jolla on annettu nurkkataajuus; ja • · · mainittu toinen piiri sisältää alipäästösuotimen .·♦·. (30, C3), jonka nurkkataajuus on oleellisesti yhtä suuri mainitun ylipäästösuotimen mainittu annettu nurkkataajuus.

"* 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen televisiovas- I ( · 35 taanotin, tunnettu siitä, että: v « · 10 106350 mainittu ensimmäinen piiri (50) edelleen sisältää piikityslaitteen (C2), joka on kytketty mainittuun yli-päästösuotimeen (54) piikityksen kohdistamiseksi mainitun epälineaarisen luminanssisignaaliprosessorin (20) ohi kyt-5 ketyn luminanssikomponentin mainittuihin korkeataajuisiin komponentteihin.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen televisiovas-taanotin, tunnettu siitä, että: mainittu epälineaarinen luminanssisignaaliproses-10 sori (20) sisältää ensimmäisen ja toisen (22, 24) epälineaarisen prosessorin, jotka on kytketty sarjaan puskurivah-vistimella (Q2), mainitun epälineaarisen prosessorin läh-töimpedanssin ollessa määrätty, ja mainittu toinen piiri sisältää kondensaattorin (C3) kytkettynä kuormaimpedanssin 15 (30) ja vertailupotentiaalin (maa) lähteen väliin.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen televisiovas-taanotin, tunnettu siitä, että: mainittu ensimmäinen piiri sisältää vastuksen (R4) ja kondensaattorin (Cl) sarjayhdistelmän; 20 mainittu sarjayhdistelmä on kytketty mainitun epä lineaarisen luminanssisignaaliprosessorin tulon ja signaali linsummauslaitteen (52) tulon väliin; mainitussa signaalinsummauslaitteessa (52) on toi- < r nen tulo, joka on kytketty mainitun epälineaarisen lumi- " 25 nanssisignaaliprosessorin lähtöön ja jonka lähtö on kyt- ·» ! \ ketty mainitun näyttöprosessorin (16) mainittuun tuloon. · « ’ 1·

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen televisiovas- · · • 1 1 *·1 ’ taanotin, tunnettu siitä, että se edelleen sisäl tää piikityslaitteen (C2) kytkettynä mainittuun ensimmäi- • · · 30 seen piiriin piikityksen antamiseksi mainitun luminanssi- komponentin mainituille ohitetuille korkeataajuisille kom- ,···. ponenteille. • · « « · « • « · • · · » • · • V f «Il « · « · 11 106350