FI98184C - Epälineaarinen RGB-videosignaaliprosessointi - Google Patents

Description

98184

Epälineaarinen RGB-videosignaaliprosessointi

Esillä oleva keksintö liittyy epälineaariseen videos ignaal iprosessoint iin.

5 Kuvio 1 esittää videosignaalilähetysjärjestelmän eri kohtien gammaa, käyrän la esittäessä lähetyspuolen siirto-ominaisuuksia, käyrän Ib esittäessä kuvaputken (CRT) siirto-ominaisuuksia ja käyrän le esittäessä koko-naissiirto-ominaisuuksia.

10 NTSC-, PAL-, ja SECAM-televisio (TV) -standardien mukaisilla lähetetyillä videosignaaleilla on gamma 0,45 -0,5, kun taas väritelevisio (CTV) -vastaanottimien kuvaputkella on gamma 2,8 - 3,1. Tämän vuoksi kokonaissiirto-käyrä (kameraan menevä valo - kuvaputkelta tuleva valo) ei 15 ole lineaarinen ja kokonaisgamma on käytännössä noin 1,35 yksikkögamman sijasta. Tämä viittaa siihen, että kuvaputken eksponentiaalisia siirto-ominaisuuksia ei täysin kompensoida, mikä johtaa näytön tummien kuvaosien supistumiseen. Tällainen supistuminen aiheuttaa lähellä mustaa ole-20 vien kuvayksityiskohtien menetystä ja värikkäiden alueiden haalistumista mustaksi. Samanaikaisesti valkoiset alueet vahvistuvat liiaksi tummiin alueisiin nähden jopa siinä määrin, että aiheutetaan kuvaputken kyllästymistä ja hilseilyä. Lineaarisilla kokonaissiirto-ominaisuuksilla väl-25 tetään tämä mustasupistuminen ja ne voidaan saada aikaan ylimääräisellä gammakorjauksella 0,8 kussakin televisio-vastaanottimen punaisessa, vihreässä ja sinisessä (R, G ja B) vahvistimessa. Kuvaputkien valoannon dynaaminen alue on kuitenkin verrattain pieni, eikä sitä voida suurentaa, il-30 man että saavutetaan hilseilyä aiheuttavaa kuvaputken kyllästymistä. Tämän vuoksi tummien kuva-alueiden vahvistusta lisäävä gammakorjaus aiheuttaa signaalin supistumista suurten signaalitasojen valkoisilla alueilla. Tätä on havainnollistettu kuviossa 2a, joka esittää gammakorjattua 35 pengersignaalia. Huippuvalkoinen täytyy pitää samalla ta- 98184 2 solia kuin korjaamattomassa tapauksessa, katkoviiva, kuvaputken hilseilyn välttämiseksi. Tämän seurauksena penger-signaalin yläosan kaltevuutta on pienennetty, kuvio 2b. Katsoja havaitsee tämän kontrastin puutteena harmaasta 5 valkoisiin kuva-alueilla, mikä aiheuttaa haalistuneita kuvia. Tällaisessa tapauksessa kuvan alhaisen kirkkauden osien kontrastissa saadaan parannus suuren kirkkauden kontrastin heikkenemisen kustannuksella.

Keksinnön erään piirteen mukaan kuvan havaittua 10 kontrastia parannetaan videosignaalin epälineaarisella prosessoinnilla. Tarkemmin sanoen, videosignaali erotetaan alhaisen amplituditason signaaliosaksi (lähellä mustaa) ja korkeamman amplituditason signaaliosaksi (lähellä valkoista), ja kumpainenkin signaaliosa prosessoidaan erikseen 15 epälineaarisesti. Alhaisen amplituditason signaaliosa prosessoidaan epälineaarisesti ja yhdistetään alkuperäisen lineaarisen signaalin kanssa. Keksinnön muun piirteen mukaan korkeamman amplituditason signaaliosa prosessoidaan epälineaarisesti ja ylipäästötaajuussuodatetaan ja yhdis-20 tetään alkuperäisen lineaarisen signaalin kanssa. Keksinnön vielä erään piirteen mukaan epälineaarisesti prosessoitu alhaisen amplituditason signaaliosa ja epälineaarisesti prosessoitu sekä ylipäästösuodatettu korkean amplituditason signaaliosa yhdistetään alkuperäisen lineaarisen 25 signaalin kanssa, jolloin saadaan gammakorjattu videosignaali, jolla on vahvistettujen yksityiskohtien signaali-kontrasti harmaista valkoisiin kuva-alueilla.

Keksintö kuvataan nyt yksityiskohtaisesti viitaten piirroksiin, joissa: 30 Kuvio 1, aikaisemmin kuvattu, esittää lähettimen, televisiovastaanottimen sekä lähettimen ja vastaanottimen sisältävän kokonaistelevisiojärjestelmän siirto-ominaisuuksia .

Kuvio 2, aikaisemmin kuvattu, on graafinen esitys 35 pengersignaalista, jolle on suoritettu gammakorjaus, hyö- 98184 3 dyllinen auttamaan ymmärtämään kuvioiden 3 ja 4 mukaisen järjestelyn etuja.

Kuvio 3 on lohkokaavioesitys esillä olevan keksinnön erään piirteen mukaisesta järjestelystä.

5 Kuvio 4 on tarkempi lohkokaavioesitys kuvion 3 kek sinnön erään piirteen mukaisesta järjestelystä.

Kuviot 5 ja 6 esittävät vastaavasti aika- ja taajuusalueen aaltomuotoja, jotka ovat hyödyllisiä auttamaan ymmärtämään kuvioitten 3 ja 4 mukaisen järjestelyn toimin-10 taa.

Kuvio 7 on yksityiskohtainen kaavio kuvion 4 esillä olevan keksinnön erään piirteen mukaisen järjestelyn pii-ritoteutuksesta.

Kuvio 8 on yksityiskohtainen kaavio kuvion 4 esillä 15 olevan keksinnön vielä erään piirteen mukaisen järjestelyn piiritoteutuksesta.

Kuviossa vastaavat elimet tunnistaa samoista viitenumeroista .

Kuviossa 3 on lohkokaavioesitys kohteena olevasta 20 järjestelystä kytkettynä väritelevisiovastaanottimen va- loisuus-värikkyys-prosessorin 10 ja videolähtövahvistimen 12 väliin. Vaikka samanlaisia järjestelyjä käytetään vihreällä (G) ja sinisellä (B) kanavalla, ainoastaan punaisen kanavan (R) järjestely on esitetty. Prosessorin 10 R-läh-25 tösignaali on esimerkinomaisesti esitetty lineaarisena penkereenä 14, jonka päälle on summautunut lyhyillä pystyviivoilla merkitty yksityiskohtasignaali 16. Yksityiskoh-tasignaalit 16 ovat videosignaaleja yli 0,5 MHz taajuudella ja vastaavat kuvayksityiskohtia, jotka ovat pienempiä 30 kuin 1,2 cm vaakasuunnassa 28 tuuman kuvaruutukoon värite-levisiovastaanottimessa.

R-signaali kytketään epälineaariseen eli pehmeään signaalijakajaan 18, joka "asteittain" jakaa signaalin alhaisen tason osaan (mustasta harmaaseen kuva-ala) ja 35 korkean tason osaan (harmaasta valkoiseen kuva-alat). Kor- 98184 4 kean tason signaaliosa suodatetaan ylipäästösuodattimella 20, joka voi sisältää kondensaattorin C. Alhaisen tason signaali taso (DC) -kytketään summaimeen 22. Korkean tason signaalin ylipäästösuodatettu osa vaihto (AC) -kytketään 5 summaimeen 22 kondensaattorin C kautta. Alkuperäinen R-signaali, alhaisen tason signaaliosa ja ylipäästösuodatettu korkean tason signaaliosa yhdistetään summaimessa 22 vahvistimeen 12 vietäväksi lähtösignaaliksi. Alhaisen tason osan (mustasta harmaaseen) lisääminen R-signaaliin an-10 taa gamma-korjauksen. Ylipäästösuodatetun osan jälleen lisääminen aikaansaa kontrastin vahvistumisen korkean tason (harmaasta valkoiseen) videosignaaliyksityiskohdissa.

Kuvio 4 esittää kuvion 3 järjestelyä yksityiskohtaisemmin. Kuvioiden 5 ja 6 aaltomuodot helpottavat kuvion 15 4 järjestelyn toiminnan havainnollistamista. Aaltomuoto 5a esittää tulosignaalia VI, joka muodostuu portaasta 15 ja noin taajuudella 2 MHz summautuneesta yksityiskohtasignaa-lista 16. Aaltomuodot 5b ja 5c esittävät epälineaarisen signaalijakajan 18 suorittamaa "pehmeää" signaalijakoa. 20 Voidaan huomata, että V2:n differentiaalinen amplitudi pienenee asteittain ja V3:n vastaava kasvaa asteittain. V2:n ja V3:n summa on yhtä kuin tulojännite VI. Signaali-jaon taajuusvaste on tasainen, kuten kuvioiden 5a'-c' vastaavat taajuusvastekäyrät esittävät. Jännitteet VI ja V2 25 ohjaavat videolähtövahvistinta 12 vastaavien vastusten Rl ja R2 kautta, missä R2:n arvo on sama kuin Rl:n V2:n pienenevä differentiaalinen amplitudi edustava videolähtövah-vistimen 12 vahvistuksen asteittaista muuttumista 60:sta 30:een vastaten gammaa 0,8. Tätä on havainnollistettu VI:n 30 ja V2:n summaa esittävässä kuviossa 6a ja a'. Differentiaalinen amplitudi (kontrasti) pienenee asteittaisesti korkeampia signaalitasoja kohden mentäessä. Korkean taajuuden yksityiskohtasignaali V4 johdetaan viemällä V3 yli-päästösuodattimen 20 kautta. V4:n lähtöjännite ja taajuus-35 vaste on esitetty kuvioissa 5d ja 5d' . Jännite V4 kytke- - 98184 5 tään kapasitiivisesti (kondensaattorin C2 kautta) video-vahvistimeen 12 kuviossa 6b ja 6b' esitetyn signaalin VI + V4 tuottamiseksi. Yksityiskohtasignaalille saadaan 6 dB korostus verrattain alhaisen arvon kytkentävastuksella R4 5 (arvo = Rl/2). Kytkentäkondensaattori C2 estää kirkkaus-signaalin (tasakomponentti) summauksen videovahvistimen 12 tuloon. Kuvio 6c ja 6c' havainnollistaa ohjausvirtaa i5, joka on samanlainen kuin vahvistimen 12 invertoitu lähtö-jännite. Kuvion 6c matalan taajuuden porrassignaali on 10 samanlainen kuin kuviossa 6a, mutta yksityiskohtasignaalia on voimakkaasti korostettu, jotta saataisiin voimistettua kuvayksityiskohtien kontrastia kirkkailla alueilla. Keskimääräinen sädevirta ei kasva merkittävästi vaihtokytkennän vuoksi. Pieni määrä V3:a lisätään myös kytkentäkondensaat-15 torin Cl ja vastuksen R3 (arvo = 5R1) kautta, jotta vältettäisiin väridesaturaatio laajoilla kirkkailla kuva-alueilla .

Kuvio 7 on kaavio esimerkinomaisesta epälineaarisesta signaaliprosessorista esillä olevan keksinnön mu-20 kaan. RGB-prosessori 10, integroitu piiri TDA3506, jota valmistaa esimerkiksi Philips Corporation, Alankomaat, ohjaa videolähtövahvistinta 12 vastuksen 30 kautta. Takai-sinkytkentävastus 32 määrää vahvistimen 12 vahvistuksen. Kuvaputken pisteleikkausjännite asetetaan 150 volttiin 25 biasointivastuksella 34 ehdolla, että ohjausvirta i5 on nolla. Tämä ehto edellyttää sopivaa CRT:n hilan numero 2 säätöä (ei kuviossa). Automaattinen kineskoopin biasointi (AKB) -piiri 36 asettaa prosessorin 10 lähtöjen mustatasot siten, että i5 on nolla mustasignaalille. Biasvorta Q3 30 virtaa vastuksen 30 kautta prosessoriin 10 ja aiheuttaa 2 voltin mustatason, kuten VI ilmaisee.

Transistori Q1 on yksikkövahvistuksen invertteri ja DC-tason siirtäjä. Differentiaalivahvistin Q2, Q3 ja Q4 antaa kuvioiden 5b ja 5c aaltomuotojen esittämän signaa-35 lijaon. Q3:n ja Q4:n kannat on biasoitu siten, että mustaa 98184 6 kuvaa vastaavalle signaalille Q3 on johtava ja Q4 on sulkeutunut. Virtalähde Q2 invertoi signaalin siten, että virta i2 on vaiheessa jännitteen VI kanssa.

Kasvava pengerjännite VI synnyttää kasvavan penger-5 virran i2, joka summautuu vahvistimeen 12 menevään ohjaus-virtaan i5 ja tuottaa gammakorjauksen. Virta i2 on samaa muotoa kuin kuvion 5b jännite V2. Q2:n emitterijännite kytketään Q4:n kantaan vastuksen 38 kautta. Kasvava jännite VI saa Q2:n emitterijännitteen pienenemään ja Q4:n kan-10 tajännite pienenee kunnes Q4 alkaa johtaa. Tämän seurauksena kuvion 5c jännite V3 kasvaa asteittain ja V2:n kaltevuus pienenee asteittain. Takaisinkytkentävastus 40 antaa Q2:n kollektorivirran pehmeän vaihdoksen Q3:n ja Q4:n välillä, kuten aaltomuodot 5b ja 5c esittävät. VI:n lisäkas-15 vu saa i2:n pysymään vakiona ja V3:n kasvamaan samalla nopeudella kuin VI. Tämä saavutetaan, kun Q4:llä on vahvistus yksi vastusten 38, 40 ja 42 ansiosta.

Vastuksen 42 yli kehittyvä keski-korkean-tason signaali V3 syötetään emitteriseuraajaan Q5, joka ohjaa 20 vastuksen 44 ja kondensaattorin 46 sisältävää ylipäästö-suodatinta. Pieni määrä V3~signaalia syötetään lähtövah-vistimeen 12 kondensaattorin 48 ja vastuksen 50 kautta. Kuten aiemmin on huomautettu, tämä vaihtokytketty laajakaistainen signaali parantaa värikylläisyyttä kirkkailla 25 kuva-alueilla, jotka muutoin olisivat hieman desaturoitu-neita gammakorjauksen aiheuttaman signaalisupistumisen vuoksi. Keski-korkean-tason yksityiskohtasignaali V4 vahvistetaan vahvistimella, johon kuuluu transistori Q6, jotta saataisiin 6 dB korostettu yksityiskohtasignaali. Yksi-30 tyiskohtasignaali kytketään lähtövahvistimeen 12 kondensaattorin 54 ja vastuksen 52 kautta. Kuten aiemmin myös on huomautettu, vaihtokytkennän etuna on parantunut valovoima (yksityiskohtien kontrasti) lisäämättä keskimääräistä sä-devirtaa ja muuttamatta mustatasoa.

98184 7

Kuvio 8 esittää piirikaaviota esillä olevan keksinnön mukaisen epälineaarisen videoprosessorin ensimmäisestä toteutuksesta, joka käyttää TDA3552-integroitua piiriä signaalilähteenä 10. Piiri käyttää aktiivisen kuorman vi-5 deolähtövahvistinta vahvistimena 12. Jännitetakaisinkyt-kentä hoidetaan vastuksen 64 kautta, jotta saataisiin ma-talaimpedanssinen summauspiste tulossa 66.

Tuloemitteriseuraaja Q10 toimii matalaimpedanssise-na lähteenä videojännitteelle VI. Differentiaalipari Q12, 10 Q13 jakaa videojännitteen VI matalan ja korkean kirkkauden signaaleiksi 12 ja V3. Transistori Q12 johtaa täysin hyvin alhaisia kuvakirkkauksia vastaavilla signaalitasoilla. Täten vastukset 68 ja 70 on kytketty rinnan, mikä saa lähtö-vahvistimen tuottamaan vahvistuksen 60. Tämän piirin sig-15 naalijako tuottaa ohjausvirran 12 kuviossa 4 esitetyn jännitteen V2 sijalle.

Transistori Q12 johtaa vähemmän Vl:n kasvaessa ja vahvistus 30 saavutetaan kun transistori 12 sulkeutuu. 12: n aiheuttama lähtövahvistimen vahvistuksen asteittainen 20 muutos tuottaa toivotun gammakorjauksen. Transistori Q13 alkaa johtaa ennen kuin transistori Q12 sulkeutuu keski-kirkkauden signaalitasolla ja tuottaa jännitteen V3 kol-lektorillaan. Jännite V3 edustaa kuvainformaatiota, joka sisältää kirkkaustasoja harmaan ja huippuvalkean välillä. 25 Signaalijännite V3 viedään emitteriseuraajaan Q14, joka ohjaa vastuksen 72 ja kondensaattorin 74 sisältämää yli-päästösuodatinta. Tämä ylipäästösuodatin erottaa signaalin V4, joka vastaa kontrastin vahvistukseen käytettävää harmaasta valkoiseen -alueen yksityiskohtasignaalia. Signaa-, 30 lia V4 vahvistetaan transistorilla Q15, jotta saataisiin vahvistimeen 12 kondensaattorin 82 ja vastuksen 84 kautta kytkettävä yksityiskohtasignaali. Kuten aiemmin mainittiin, pieni määrä V3-signaalia vaihtosyötetään suoraan lähtövahvistimeen 12 kondensaattorin 76 ja vastuksen 79 35 kautta.

98184 8

Transistorien Q12 ja Q13 kannat on biasoitu kiinteillä suhteellisilla potentiaaleilla, jotka muodostavat diodit Dl ja D2. Vastus 78 tuottaa 0,3 mA:n lepovirran transistorin Q13 kautta, mikä estää transistorin Q13 sul-5 keutumisen harmaatasolla esiintyvien signaalihuippujen vuoksi.

Kuvaputken (ei kuviossa) pisteleikkausjännite asetetaan noin 160 V:iin katodilla 80 asettamalla musta taso-jännite transistorin Q10 emitterillä 3,5 volttiin ja sää-10 tämällä sopivasti CRT:n hila nro 2:n jännitettä.

Esillä oleva piiri ei edellytä RGB-kanavien välistä suuntausta seurantavirheiden välttämiseksi. Tämä johtuu asteittaisesta signaalijaosta.

Esillä oleva järjestely käyttää hyväksi seikkaa, 15 että silmä näyttää olevan herkempi pienten kuva-alueiden kontrastimuutoksille verrattuna suurten alueiden yli ulottuviin muutoksiin. Keskikirkkauksista korkeisiin kirkkauksiin ulottuvien kuvayksityiskohtien tuottamia taajuuksia korostetaan ja ne vaihtokytketään päävideosignaaliin. Tämä 20 aikaansaa merkittävän valovoiman parannuksen kasvattamatta keskimääräistä sädevirtaa. Vaihtokytkentä lisää ainoastaan niin kutsuttua yksityiskohtakontrastia kirkkaustasasignaa-lien ja suurten alueiden kontrastin pysyessä entisellään. Kuvaputkea voidaan ohjata pienten alueiden yksityiskohtien 25 aikana suurempiin sädevirtoihin kuin suurten alueiden signaalien aikana ennen kuin kuvaputken hilseilyä esiintyy. Tämä valovoiman paraneminen on erityisen tärkeää hyvin suurten kuvaputkien tapauksessa, jotka näyttävät himmeäm-miltä ja vähemmän kontrastikkailta kuin pienemmät putket, 30 koska tykki, reikälevy ja fosfori rajaavat suurten kuvaputkien huippusädevirrat suunnilleen samoiksi kuin pienten kuvaputkien, kuvan ollessa kuitenkin levinneenä paljon suuremmalle alueelle.

Claims (12)

98184 9

1. Videosignaalin käsittelyjärjestelmä, joka käsittää : * 5 sisääntulovideosignaalin (VI) lähteen (10), epälineaariset käsittelyvälineet (18, 20, C2) sisääntulovi deosignaalin (VI) käsittelemiseksi ulostulovideosignaalin (i5) tuottamiseksi, näiden epälineaaristen käsittelyväli-neiden ollessa tunnettu 10 a) välineistä (18) sisääntulovideosignaalin (VI) ainakin pienitaajuisten mustasta harmaaseen kuva-alan komponenttien gammakorjaukseen ensimmäisen signaalin (V1+V2) tuottamiseksi, b) välineistä (18, 20, C2) sisääntulovideosignaalin 15 (VI) harmaasta valkoiseen osan suuritaajuisten komponenttien vahvistamiseksi toisen signaalin (V4) tuottamiseksi, ja c) välineistä (22) ensimmäisen ja toisen signaalin yhdistämiseksi ulostulovideosignaalin tuottamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen videosignaalin käsittelyjärjestelmä, tunnettu siitä, että epälineaariset käsittelyvälineet (18, 20, C2) käsittävät välineet sisääntulovideosignaalin suhteellisen pieniamplitu-disen osan ja suhteellisen suuriamplitudisen osan jakami-25 seksi ja sisääntulovideosignaalin suhteellisen pieniampli-tudisen osan kytkemisen gammakorjausvälineisiin ja sisääntulovideosignaalin suhteellisen suuriamplitudisen osan kytkemiseksi vahvistamisvälineisiin.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen järjestelmä, 30 tunnettu siitä, että jakoväline (18) käsittää välineet (Q2, Q3;Q10, Q12) joilla vähennetään ensimmäisen signaaliosan vahvistusta amplitudin kasvaessa gammakor-jauksen aikaansaamiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen järjestel-35 mä, tunnettu siitä, että johtamisvälineet (18, 20) 98184 10 käsittävät välineet (Q4, Q13, Q14) joilla lisätään toisen signaaliosan vahvistusta amplitudin kasvaessa ja välineet (20) toisen signaaliosan ylipäästösuodattamiseksi sen suu-ritaajuisen komponentin (V4) vahvistamiseksi.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen jär jestelmä, tunnettu siitä, että yhdistämisvälineet käsittävät summaimen.

6. Jonkin patenttivaatimuksien 2-5 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen signaa- 10 liosa (V2) on tasavirtakytketty (R2) yhdistämisvälineisiin (Rl, R2, R4) .

7. Jonkin patenttivaatimuksien 2-6 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että vahvistettu suuri-taajuinen komponentti (V4) on vaihtovirtakytketty (C2) 15 yhdistämisvälineisiin (Rl, R2, R4).

8. Jonkin patenttivaatimuksien 2-7 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että vähintään osa toisesta signaaliosasta (V3) on vaihtovirtakytketty (Cl) yhdistämisvälineisiin.

9. Jonkin patenttivaatimuksien 2-8 mukainen jär jestelmä, tunnettu siitä, että jakovälineet (18) asteittaisesti jakavat sisääntulosignaalin (VI) ensimmäiseen (V2) ja toiseen (V3) signaaliosaan.

10. Jonkin patenttivaatimuksien 2-9 mukainen jär- 25 jestelmä, tunnettu siitä, että sisääntulovideosig- naali (VI) on punainen, vihreä tai sininen videosignaali.

11. Menetelmä lähteestä (10) saadun sisääntulovi-deosignaalin (VI) käsittelyyn, menetelmän käsittäessä sisääntulosignaalin (VI) epälineaarisen käsittelyvaiheen 30 (18, 20) ulostulovideosignaalin (15) tuottamiseksi, epä lineaarisen käsittelyvaiheen ollessa tunnettu siitä, että vaiheissa a) gammakorjataan ainakin sisääntulovideosignaalin (VI) pienitaajuiset mustasta harmaaseen kuva-alan kom- 35 ponentit ensimmäisen signaalin (V1+V2) tuottamiseksi, 98184 11 b) vahvistetaan sisääntulosignaalin (VI) suuritaa-juiset harmaasta valkoiseen kuva-alan komponentit toisen signaalin (V4) tuottamiseksi, ja c) yhdistetään ensimmäinen ja toinen signaali ulos-5 tulovideosignaalin tuottamiseksi.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että suuriamplitudinen signaaliosa yhdistetään sisääntulovideosignaaliin (Vl). 98184 12