FR2555850A1 - Dispositif de traitement de signaux de detail vertical - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE SIGNAUX VIDEO QUI COMPREND UNE SOURCE DE SIGNAUX VIDEO PRESENTANT DE FAIBLES AMPLITUDES SUR UNE PREMIERE GAMME, DES AMPLITUDES MODEREES SUR UNE SECONDE GAMME AU-DELA DE LA PREMIERE ET DE FORTES AMPLITUDES SUR UNE TROISIEME GAMME AU-DELA DE LA SECONDE. SELON L'INVENTION, UN PREMIER CANAL 12, 30, 32 TRANSFERE UNE VERSION LINEAIRE DES SIGNAUX VIDEO DE LA SOURCE, AVEC UN GAIN DONNE; UN SECOND CANAL 15, 28, 29, 42, 43 TRANSFERE LES SIGNAUX VIDEO DE LA SOURCE A UN GAIN DONNE, ET IL CONTIENT UN PREMIER AMPLIFICATEUR 15 QUI PRESENTE DES REGIONS LINEAIRE ET DE LIMITATION; UN TROISIEME CANAL 17, 60, 62 TRANSFERE LES SIGNAUX VIDEO DE LA SOURCE AVEC UN GAIN DONNE, ET IL CONTIENT UN SECOND AMPLIFICATEUR 17 PRESENTANT DES REGIONS LINEAIRE ET DE LIMITATION; ET UN MOYEN A COMBINE LES SIGNAUX A LA SORTIE DES TROIS CANAUX POUR PRODUIRE UN SIGNAL VIDEO DE SORTIE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA TELEVISION.
Description
La présente invention concerne un dispositif pour le traitement non
linéaire de signaux d'information de détail vertical tel que ceux pouvant être dérivés d'une sortie d'un filtre en peigne utilisé dans un téléviseur pour séparer les composantes de luminance et de chrominance d'un signal de télévision en couleur. En particulier, l'invention concerne un dispositif pour creuser et rogner
les signaux de détail vertical.
Dans un système de télévision en couleur tel qu'utilisé aux Etats Unis d'Amérique, les composantes de luminance et de chrominance d'un signal de télévision en couleur sont disposées dans le spectre du signal vidéo en relation de fréquences imbriquées, avec les composantes de luminance à des multiples entiers de la fréquence de balayage horizontal et les composantes de chrominance à des multiples impairs de la moitié de la fréquence de balayage horizontal. Les composantes de luminance et de chrominance sont quelquefois séparées les unes des autres dans le signal de télévision en couleur au moyen d'un filtre en peigne, par exemple du type décrit dans le
brevet US N 4 096 516 au nom de D. H. Pritchard.
Un signal filtré en peigne de luminance, qui apparait à la sortie de luminance du filtre en peigne a été soumis à un effet de "filtrage en peigne" sur toute sa bande. L'action de filtrage en peigne sur la partie de la bande des hautes fréquences est partagée avec les composantes du signal de chrominance et présente l'effet
souhaité déliminer les composantes du signal de chromi-
nance. L'extension de cette action de filtrage en peigne dans la partie de la bande des basses fréquences n'est pas nécessaire pour produire l'enlèvement souhaité des composantes du signal de chrominance, et sert à éliminer les composantes du signal de luminance. Les composantes à 1 'extrémité des fréquences inférieures de cette bande
qui sont sujettes à une telle élimination sont représenta-
tives de l'information de luminance de "détail vertical".
La conservation d'une telle information de détail vertical est souhaitable pour éviter une perte de la résolution verticale dans le contenu de luminance d'une image visualisée. Un agencement pour préserver l'information de détail vertical emploie un filtre passe-bas couplé à la sortie du filtre en peigne o apparatt la composante de chrominance "filtrée en peigne". La fréquence supérieure de coupure de ce filtre se trouve en dessous de la bande occupée par la composante du signal de chrominance. Le filtre couple sélectivement les signaux en dessous de la bande de chrominance de la sortie de chrominance du filtre en peigne à un réseau de combinaison o les signaux sélectivement couplés sont additionnés au signal de luminance filtré en peigne à la sortie du filtre en peigne. Le signal combiné contient une partie à haute fréquence "filtrée en peigne" (occupant une bande des fréquences au-dessus de la fréquence de coupure du filtre) d'o les composantes du signal de chrominance ont été retirées et une partie basse fréquence non filtrée en peigne (c'est-à-dire "plate") o toutes les composantes
du signal de luminance ont été préservées.
Il est quelquefois souhaitable de minimiser les effets néfastes du bruit et de l'interférence comprenant une interférence co-canal sur une image reproduite sans dégrader indOment le détail de l'image reproduite. Cela peut etre accompli au moyen d'un procédé couramment appelé "creusement" du signal, o les excursions de petite amplitude du signal (comprenant le bruit) sont retirées. Plus particulièrement, le creusement d'un signal sert à retirer un "noyau" du signal proche de l'axe moyen par un circuit de translation ayant une caractéristique de transfert avec une "zone morte" pour les excursions d'amplitude du signal près de l'axe. Le creusement du signal est une fonction connue de traitement de signaux occasionnellement utilisée dans des buts de réduction du bruit comme cela est expliqué par exemple dans un article de J. P. Rossi intitulé "Digital Techniques for Reducing Television Noise", paru aux pages 134-140
de l'édition de Mars 1978 du Journal SMPTE.
Il est également quelquefois souhaitable de réduire sélectivement la grandeur des grandes excursions d'amplitude du signal vidéo au moyen d'un processus quelquefois appelé "rognage" du signal. Le rognage du signal sert à empocher " le flou " d'une image vidéo reproduite et ainsi empêche le détailde l'image d'être déformé ou obscurci. Le brevet US N 4 295 160 de W. A. Lagoni décrit une dispositif de traitement de signaux de détail vertical pour produire une caractéristique non linéaire de transfert de façon que les petites excursions d'amplitude du signal soient "creusées", et que les grandes excursions d'amplitude du signal soient "rognées". Cela est accompli au moyen d'un circuit comprenant un réseau de réaction avec des impédances commutées par des diodes qui sont couplées entre la sortie et l'entrée d'un
amplificateur qui reçoit les signaux de détail vertical.
Les états conducteurs des diodes sont commandés selon la grandeur des signaux de détail vertical appliqués à l'amplificateur, pour ainsi faire varier sélectivement la grandeur de l'impédance de réaction par rapport à des
gammes données d'amplitude du signal de détail.
On reconnait ici qu'il est souhaitable d'incorporer un dispositif de traitement de signaux de détail vertical dans le même circuit intégré que le filtre en peigne, en particulier un filtre en peigne à dispositif à couplage de charge (CCD) employant la technologie semi-conducteur MOS (métal oxyde semi-conducteur), le signal de détail
vertical étant dérivé d'une sortie de ce filtre en peigne.
Il faut de plus reconnaltre qu'il est souhaitable de donner, à ce dispositif de traitement de signaux de détail, une fonction de transfert non linéaire prévisible, ne reposant pas sur les niveaux de commutation de seuil quelquefois imprévisibles des dispositifs de commutation
tels que des diodes.
Un dispositif non linéaire de traitement de 2S8SOu signaux de détail vertical révélé ici selon un mode de réalisation préféré de la présente invention comprend un certain nombre d'étages amplificateurs en cascade comportant un trajet amplificateur de signaux de détail vertical. Des parties d'amplitude choisie des signaux de détail vertical traités de manière non linéaire à la sortie des amplificateurs sont combinées à une version linéaire du signal de détail vertical d'entrée. Le signal de détail vertical combiné présente une caractéristique dans laquelle a) les petites excursions d'amplitude dans une première gamme d'amplitude sont creusées pour retirer les petites excursions d'amplitude, b) les excursions modérées d'amplitude dans une seconde gamme d'amplitude sont translatées avec une amplification donnée supérieure à zéro, et c) les grandes excursions d'amplitude dans une
troisième gamme d'amplitude sont rognées, ou atténuées.
Selon une autre caractéristique de la présente invention, on révèle ici un dispositif de traitement de
signaux de détail vertical ayant de meilleures caractéris-
tiques de fonctionnement. Le dispositif de traitement
révélé comprend des premier et second réseaux d'échantil-
lonnage et de maintien qui appliquent respectivement les versions échantillonnées des signaux de détail vertical aux entrées d'amplificateurs associés dans le trajet
amplificateur de signaux de détail. Les circuits d'échan-
tillonnage fonctionnent en des temps différents de façon que le second réseau d'échantillonnage fonctionne à un état d'échantillonnage en des temps o le premier réseau d'échantillonnage est inactif et présente un état de "maintien". Les réseaux d'échantillonnage et de maintien réduisent avantageusement l'effet des transitoires des signaux de commutation, tels que ceux pouvant être associés aux signaux de commutation qui ajustent le fonctionnement du filtre en peigne sur le fonctionnement du dispositif de traitement de signaux de détail. Les réseaux d'échantillonnage et de maintien réduisent également de manière souhaitable la probabilité d'une distorsion de la fonction de transfert non linéaire du dispositif de traitementien particulier en présence des composantes du signal de détail vertical à haute fréquence
de forte amplitude.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 montre un dispositif de traitement de signaux de détail vertical, partiellement sous forme de schéma-bloc et partiellement sous forme de schéma de circuit, selon les principes de la présente invention; - la figure 2 illustre des caractéristiques de transfert de signaux produites par le dispositif de la figure 1; - les figures 3 à 5 montrent des détails de circuit de parties du dispositif de la figure 1; et - la figure 6 montre la relation du dispositif de la figure I avec un filtre en peigne produisant des composantes séparées de luminance et de chrominance
d'un signal de télévision en couleur.
Sur la figure 1, des signaux de détail vertical dérivés de la sortie d'un filtre en peigne (comme on le verra sur la figure 6) sont couplés en courant alternatif via un condensateur 10, à une borne d'entrée Tl d'un circuit de traitement non linéaire de signaux de détail vertical. Le dispositif de traitement de signaux de détail vertical comprend des dispositifs à transistor PNMOS construits sous forme d'un circuit intégré sur un substrat semi-conducteur commun avec l'agencement de
filtre en peigne.
Un amplificateur inverseur tampon d'entrée 12 applique les signaux de détail vertical à un trajet amplificateur principal de signaux comprenant un certain Z5$S85o nombre d'amplificateurs inverseurs en cascade 14-17 qui présentent des gains semblables dessignaux. Un circuit d'échantillonnage et de maintien comprenant un dispositif de commutation 20 du type NMOS en mode d'enrichissement et un élément capacitif de stockage de charge 22 est couplé entre les amplificateurs 14 et 15. Le commutateur 20 a une électrode d'entrée ou source qui est couplée à la sortie de l'amplificateur 14, une électrode de sortie ou drain qui est couplée à l'élément capacitif 22 et à l'entrée de l'amplificateur 15 et une électrode de porte qui reçoit des signaux de déclenchement 01 pour contrôler l'état de conduction du commutateur 20. De même, un circuit d'échantillonnage et de maintien NMOS comprenant un commutateur déclenché 24 répondant à un signal de déclenchement 02 et un élément capacitif de stockage 26, est couplé entre la sortie de l'amplificateur 16 et
l'entrée de l'amplificateur 17. Les signaux de déclenche-
ment 01 et 02, illustrés par les formes d'onde, présentent une fréquence de 10,7 MHz, qui correspond à trois fois la
fréquence de la composante de sous-porteuse de la compo-
sante de chrominance du signal de télévision pour des standards de télévision NTSC. La relation de phase des signaux de commutation 01 et 02 diffère par le fait que les signaux 01 et 02 effectuent l'échantillonnage (S) et le maintien (H) des signaux en des temps différents, en effet le commutateur 24 est validé dans des buts d'échantillonnage enfdes temps (S de 02) correspondant aux intervalles de maintien (H de 01) pour le réseau précédent d'échantillonnage et de maintien 20, 22. Ainsi, le réseau d'échantillonnage 24, 26 "rééchantillonne"
l'échantillon du signal produit par le réseau d'échantil-
lonnage 20, 22 qui précède. Un élément résistif en série couplé entre les amplificateurs 15 et 16 comprend des dispositifs NMOS interconnectés 28 et 29 agencés comme cela est représenté. Cet élément résistif aide à établir un gain souhaité du signal dans le trajet principal de
l'entrée de l'amplificateur 14 à la sortie de l'amplifica-
teur 17.
La description qui suit sera faite en se référant
à la figure 1 et à la caractéristique de transfert de
signaux montrée sur la figure 2.
Le signal de détail vertical à la sortie de l'amplificateur 12 (S1') est appliqué par un réseau de compensation de retard 30 et un élément résistif 32 à un noeud A d'addition de signaux. L'élément résistif 32 est formé par des dispositifs NMOS 33, 34 en mode d'appauvrissement qui sont connectés en série, avec les portes interconnectées et les trajets de conduction drain-source connectés en série. Le signal retardé de détail vertical (S1) transmis au noeud A par l'élément résistif 32 présente une caractéristique linéaire de transfert comme cela est indiqué sur la figure 2 pour le
signal S1.
Un signal amplifié de détail vertical (S2') à la sortie de l'amplificateur 15 a son amplitude qui est translatée au moyen d'un réseau diviseur de tension formé d'éléments résistifs en série 42 et 43, dont chacun comprend respectivement des dispositifs NMOS 44, 45 et 46, 47 connectés en série. Au réseau diviseur de tension
est associé un inverseur 48 avec des bornes interconnec-
tées d'entrée et de sortie pour développer, à sa sortie de faible impédance, un potentiel de référence à partir d'une tension d'alimentation (non représentée) qui est appliqué au dispositif 47. Le signal translaté de détail
vertical apparaissant à la jonction des éléments résis-
tifs 42, 43 est échantillonné au moyen d'un réseau comprenant un commutateur NMOS 50 répondant aux signaux de déclenchement 02 et un élément capacitif 52 à stockage de charge. Le signal de détail vertical échantillonné et dont l'amplitude est translatée est appliqué au noeud A via un inverseur 53 et un élément résistif 55 comprenant des dispositifs NMOS 56, 57 connectés en série. Le signal de détail vertical translaté, S2, appliqué
par la résistance 55 au noeud A, présente une caractéris-
tique de transfert non linéaire comme cela est indiqué
sur la figure 2 pour le signal S2.
Un autre signal amplifié de détail vertical (S3')
à la sortie de l'amplificateur 17 a son amplitude trans-
latée au moyen d'un réseau diviseur de tension formé des éléments résistifs en série 60 et 62, dont chacun comprend respectivement des dispositifs NMOS 63, 64 et 65, 66 agencés comme cela est représenté. Un potentiel de référence pour ce diviseur de tension est produit par la sortie de faible impédance d'un inverseur 68 ayant des bornes d'entrée et de sortie interconnectées. Le signal translaté de détail vertical apparaissant à la jonction des éléments résistifs 60 et 62 est appliqué au noeud A via un élément résistif 70 comprenant des dispositifs NMOS 71 et 72 connectés en série. Le signal translaté de détail vertical, S3, transféré par l'élément résistif 70 au noeud A,présente une caractéristique de transfert non linéaire comme cela est indiqué sur la figure 2 pour le
signal S3.
Les caractéristiques combinées de transfert des signaux S1, S2 et S3 produisent une caractéristique composite de transfert "de sortie" au noeud A, comme cela est indiqué par la ligne en traits mixtes sur la figure 2. Les signauxde détail vertical au noeud A sont transférés à une borne de sortie T2 de signaux de détail vertical par un étage amplificateur NMOS comprenant un dispositif 75 et un dispositif suiveur de tension de sortie 78 du type NMOS dont le circuit de charge est
constitué des circuits d'utilisation couplés à la borne T2.
La caractéristique composite de transfert "de sortie" du signal de détail vertical au noeud A présente trois régions de fonctionnement par rapport aux trois gammes prédéterminées des niveaux d'amplitude du signal de détail vertical. Sur la figure 2, ces régions sont
désignées par les régions I, II et III.
La région I contient les faibles amplitudes du signal de détail vertical entre 0 et +5 unités IRE et entre 0 et -5 unités IRE. Pour de si faibles amplitudes du signal, le signal de détail vertical de sortie est "creusé", ou traité avec un gain du signal sensiblement
nul afin de retirer les composantes gênantes de bruit.
Le creusement est produit par l'effet d'annulation du signal des caractéristiques de transfert pour les signaux S1, S2 et S3 sur la région I. Au delà de la région I, la caractéristique de transfert pour le signal S3 présente un effet de limitation d'amplitude produit par l'amplificateur 17 de la figure 1 qui fonctionne en
mode de limitation d'amplitude.
La région II contient les signaux de détail vertical d'amplitude modérée, entre +5 et +40 unités IRE
et entre -5 et -40 unités IRE comme cela est représenté.
Pour de telles amplitudes modérées du signal, le signal de détail vertical de sortie est traité avec un gain supérieur à zéro, tel que l'unité. Cependant, dans cette région, le signal de détail vertical peut être amplifié à un gain plus important, par exemple avec un gain de deux ou trois, pour produire un enrichissement ou une "accentuation" des amplitudes du signal de détail vertical dans la région II selon les conditions d'un système particulier. Une telle accentuation de l'amplitude n'est pas souhaitable par rapport aux faibles amplitudes du signal dans la région I, car les signaux d'accentuation dans la région I contiendront de manière non souhaitable des composantes accentuées de bruit. La réponse d'amplitude du signal de sortie sur la région II est principalement déterminée par les parties linéaires des caractéristiques de transfert associées aux signaux S1 et S2, avec une certaine contribution de la caractéristique de transfert associée au signal S3 dans la région II. Au delà de la région II, c'est-à-dire au delà de 40 unités IRE, la caractéristique de transfert du signal S2 présente un
effet de limitation d'amplitude produit par l'amplifica-
teur 15 de la figure 1 qui fonctionne en mode de limitation d'amplitude. La quantité de gain du signal imparti aux signaux de détail vertical dans la région II peut être
Z555850
déterminée en ajustant les paramètres de traitement de
signaux associés au traitement du signal S2.
La région III contient des signaux de détail vertical de grande amplitude de plus de +40 et -40 unités IRE. De si grandes amplitudes du signal de détail vertical sont traitées avec un gain du signal de moins de zéro, c'est-à-dire avec ungain négatif du signal, pour produire une atténuation ou "rogner" les amplitudes du signal dans la région III. L'atténuation de signaux de détail vertical de si grande amplitude est souhaitable pour empêcher "le flou" d'une image vidéo reproduite, et ainsi empêcher le détail de l'image d'être déformé ou obscurci. Dans la région III, l'amplificateur 15 fonctionne en mode de
limitation d'amplitude, avec les amplificateurs 16 et 17.
On peut ainsi voir que le dispositif de traitement de signaux de détail vertical comprend trois canaux de signaux dont les sorties sont combinées au noeud A. Le premier canal, associé au signal S1', constitue un canal de traitement linéaire de signaux de la sortie de l'amplificateur 12 et du noeud A. Le second canal, associé au signal S2', présente des régions linéaire et non linéaire (c'est-à-dire limitant l'amplitude) et constitue le trajet de la sortie de l'amplificateur 12 au noeud A qui contient l'amplificateur 15, le pont diviseur de tension 42, 43 et l'inverseur 53. Ce canal présente une région linéaire pour les signaux d'amplitudesfaible et modérée sur les régions I et II respectivement et une région de limitation pour les signaux de forte amplitude
sur la région III du fait du fonctionnement de l'amplifi-
cateur 15 en mode de limitation d'amplitude en réponse à des signaux de si forte amplitude. Le troisième canal, associé au signal S3', présente également des régions linéaire et non linéaire (de limitation) et constitue le trajet de la sortie de l'amplificateur 12 au noeud A qui
contient l'amplificateur 17 et le diviseur de tension 60,62.
Ce canal présente une région linéaire pour les signaux de faible amplitude sur la région I, et une région de limitation pour les signaux d'amplitude modérée et
importante sur les régions II et III du fait du fonction-
nement de l'amplificateur 17 en mode de limitation d'amplitude en réponse à de tels signaux d'amplitude modérée et importante. Le pont diviseur de tension 42, 43 et l'inverseur 53 dans le second canal, et le pont diviseur de tension 60, 62 dans le troisième canal, appliquent des signaux au noeud A de la grandeur et de la polarité appropriées de façon que le signal souhaité de sortie soit obtenu au noeud A lorsque les signaux des second et troisième canaux sont combinés aux signaux du premier canal. Le réseau d'échantillonnage 50, 52 ainsi que les deux réseaux d'échantillonnage incorporés dans l'unité retardatrice 30, comme on le décrira en se référant à la figure 4, servent d'éléments d'équilibrage de retard de transit du signal pour assurer que des retards égaux de transit du signal seront présentés par les signaux traités de détail vertical S1, S2 et S3 lors d'une combinaison au noeud A. Plus particulièrement, chacun des signaux S1, S2 et S3 apparaissant au noeud A a été soumis à deux opérations d'échantillonnage, chacune avec des retards correspondants. Des aspects supplémentaires des réseaux
d'échantillonnage 20, 22 et 24, 26 seront décrits sub-
séquemment.
Une unité 80 applique une tension variable de
réglage d'équilibrage en courant continu aux amplifica-
teurs 15 et 17 afin d'équilibrer ou "de centrer" la caractéristique composite de transfert de sortie au noeud A par rapport aux excursions d'amplitude du signal de détail vertical. Cet ajustement est important pour produire une réponse symétrique de creusement dans la région I, en particulier lorsque l'élimination du bruit
à un faible niveau est critique.
Le dispositif décrit de traitement non linéaire de signaux de détail vertical produit une caractéristique prévisible composite de transfert sur la largeur de bande du signal de détail vertical, du courant continu à environ 1 MHz, et peut avantageusement être construit sur le même circuit intégré que le filtre en peigne à dispositif à couplage de charge MOS d'o est dérivé le dignal de détail vertical. La prévisibilité de la fonction de transfert est améliorée en utilisant des amplificateurs semblables par leur structure et leurs caractéristiques de fonctionnement, que l'on peut facilement réaliser dans un circuit intégré. En plus d'avoir des gains semblables, il est préférable que les amplificateurs 15- 17 présentent des valeurs absolues semblables des niveaux limités d'amplitude crête à crête dans le mode de limitation d'amplitude. Par ailleurs, la caractéristique de transfert, en particulier dans les régions d'amplitude limitée, est
principalement fonction des gains prévisibles des amplifi-
cateurs, et n'est sensiblement pas influencée par les seuils de commutation et les décalages associés aux
différences des seuils de commutation des amplificateurs.
De même, la translation du signal produite par les éléments résistifs 42, 44 et 60, 62 de diviseur de tension est fonction des rapports des résistances que l'on peut
déterminer avec précision dans un circuit intégré.
Les réseaux d'échantillonnage 20, 22 et 24, 26 servent à réduire de manière significative les effets de distorsion du signal des transitoires de commutation associés aux signaux de temporisation employés pour cadencer l'opération de transfert de charge d'un filtre en
peigne à CCD d'o le signal de détail vertical est dérivé.
Ces transitoires de commutation sont fortement inévitables et sont conduits au moyen de trajets à la masse et du substrat de circuit intégré commun partagé par le dispositif de traitement de détail vertical et le filtre en peigne. En particulier, les réseaux d'échantillonnage , 22 et 24, 26 empêchent les amplificateurs 15 a 17 de présenter un état limiteur saturé en réponse à de tels transitoires de comrutation. A cette fin, les signaux de déclenchement d'échantillonnage 01 et 02 sont temporisés pour se présenter en synchronisme avec de tels signaux
de temporisation du filtre en peigne.
Dans un système comprenant des intervalles de temporisation dont on peut s'attendre normalement à ce qu'ils soient dépourvus de transitoires de commutation d'autres sources, les intervalles d'échantillonnage de 01 et 02 sont avantageusement temporisés de façon que le processus d'échantillonnage du signal soit validé pendant les intervalles correspondant à des tels intervalles d'échantillonnage. Cependant, dans certains systèmes, des intervalles de temporisation sensiblement dépourvus de
tels transitoires de commutation peuvent ne pas exister.
Dans un tel cas, l'échantillonnage synchrone via les
signaux 01 et 02 a pour résultat des échantillons transi-
toires de commutation qui sont sensiblement constants d'un cycle à l'autre, représentant ainsi une composante de décalage en courant continu qui peut être compensée au moyen d'une boucle en contre-réaction négative générale, par exemple du type comprenant un réseau de contre-réaction
85 comme on le décrira subséquemment.
Dans chaque cas, sans cet échantillonnage synchrone, si les transitoires de commutation sont importants par rapport à la grandeur des signaux de détail vertical à amplifier, les amplificateurs peuvent limiter, en réponse aux transitoires de commutation plutôt qu'en réponse au signal de détail vertical, réduisant ainsi la plage dynamique des amplificateursdisponible pour le signal de détail. Cela aura pour résultats une déformation du signal de détail vertical attendu à la sortie des amplificateurs,
avec distorsion associée de la caractéristique de trans-
fert du signal du dispositif de traitement de signaux
de détail.
L'utilisation du traitement du signal de donnée échantillonné au moyen des réseaux d'échantillonnage 20, 22 et 24, 26 réduit également sensiblement les effets de la distorsion de l'amplitude du signal associée à la
limitation de la vitesse de balayage de l'amplificateur.
Une telle distorsion d'amplitude peut être développée par un traitement du signal non linéaire (c'est-à-dire donnée non échantillonnée) des signaux à haute fréquence de grande amplitude. Dans le système révélé, l'amplificateur 17 peut par ailleurs particulièrement présenter une distorsion d'amplitude limitant la vitesse de balayage du fait de l'amplitude relativement importante des signaux,
par exemple,précédémment amplifiés traités par l'amplifi-
cateur 17. La distorsion d'amplitude limitant la vitesse de balayage peut déformer de manière significative la fonction de transfert du signal de sortie, et est particulièrement gênante par rapport à la réponse souhaitée au creusement dans la région I. En ce qui concerne un signal linéaire de donnée non échantillonnée sujet à une amplification, la distorsion limitant la vitesse de balayage se manifeste par une distorsion de l'allure du changement de l' amplitude du signal sur une période donnée ou en in temps donné, de façon que la forme des excursions d'amplitude du signal de sortie ne suive pas la forme des excursions d'amplitude du signal d'entrée. Dans le traitement de signaux de donnée échantillonnéeque l'on obtient en utilisant les réseaux d'échantillonnage 20, 22 et 24, 26, des échantillons précis d'amplitude du signal sont obtenus pendant les intervalles d'échantillonnage. Ces échantillons d'amplitude, qui sont acquis pendant chaque intervalle d'échantillonnage et "maintenus" pendant chaque intervalle associé de maintien, représentent avec précision les amplitudes du signal associées aux transitions d'amplitude qui existent en divers temps o le signal est échantillonné, sensiblement sans distorsion provenant des effets de limitation de la
vitesse de balayage.
Le réseau de contre-réaction 85, comme on le décrira en détail en se référant à la figure 3, comprend un comparateur différentiel dont l'entrée de signaux est couplée à une borne T3. La borne T3 reçoit une version échantillonnée du signal à la sortie de l'amplificateur 17
par un réseau d'échantillonnage qui comprend un commuta-
teur déclenché d'échantillonnage 88 et un élément
capacitif de stockage 89, et un amplificateur inverseur 90.
Une tension de référence appliquée par une borne T4 à une entrée de référence du comparateur est dérivée par un dispositif de couplage 94 NMOS, de la tension
de référence de faible impédance à la sortie de l'inver-
seur 68. Une borne de sortie T5 du comparateur est couplée par un trajet de contre-réaction, comprenant un élément résistif comprenant des dispositifs NMOS 96, 98 en série, à l'entrée de la mémoire tampon 12. Le signal à la sortie du comparateur est intégré au moyen d'un condensateur de filtrage 98 couplé au trajet de contre-réaction. Le réseau de contreréaction sert à stabiliser le gain en courant continu du trajet de signaux comprenant les amplificateurs 14-17. Ce résultat aide à maintenir la précision de la caractéristique de creusement développée par rapport à de petits signaux de détail vertical dans la région I. Les composants du réseau de contre-réaction 85 de la figure 1 sont montrés sur la figure 3. Des dispositifs NMOS 100, 102 avec sources interconnectées forment un comparateur différentiel o le signal est appliqué à la porte du dispositif 100 par la borne T3 et une tension de référence est appliquée à la porte du dispositif 102 par la borne T4. Un dispositif NMOS 103 dans le circuit de sortie de drain du dispositif comparateur 100 forme une impédance de charge du dispositif 100. Les signaux de sortie du comparateur sont développés dans le circuit de drain du dispositif 100 et sont appliqués par la borne T5 au trajet de contre-réaction. Une source de courant des dispositifs comparateurs 100, 102 comprend des dispositifs NMOS en parallèle 105, 106 en association avec une source de courant de référence en contre-réaction 108 comprenant un dispositif 110. Un dispositif NMOS 112 et un élément capacitif 113 forment un filtre de stabilisation de boucle pour la boucle de contre-réaction associée au dispositif
Z555850
formant source de courant de référence 110 ayant un dispositif 115 en tant qu'impédance de charge. Le courant conduit par le dispositif 110 est également conduit par
les dispositifs formant source de courant 105 et 106.
Un dispositif NMOS 116 sert de résistance pour réduire le gain en tension du réseau formant source de courant de référence en contre-réaction 108 pour mieux assurer la
stabilité en boucle du réseau 108.
Le circuit de contre-réaction comprenant le réseau 85 présente deux modes de fonctionnement. Le circuit comprenant les dispositifs 100, 102 sert de comparateur différentiel pour stabiliser le gain en courant continu du trajet d'amplification de signaux, en particulier en l'absence de signaux d'entrée de détail vertical et en présence de très faibles signaux d'entrée (région de creusement) d'une grandeur insuffisante pour
forcer les amplificateurs 17 et 90 à limiter.
Les dispositifs comparateurs 100, 102 servent de commutateur rapide de courant en présence des signaux de plus forte amplitude qui forcent l'amplificateur 90, dont la sortie est connectée au dispositif 100 par la borne T3, à présenter une limitation d'amplitude. Dans ce cas,
les dispositifs 100, 102 répondent aux excursions d'ampli-
tude limitées du signal appliquées à la borne T3 par l'amplificateur 90 pour produire des courants de sortie via la borne T5 pour la charge et la décharge symétriques
du condensateur d'intégration 99 du trajet de contre-
réaction (figure 1) en réponse aux excursions appliquées du signal limité en amplitude. En mode de fonctionnement de commutation de courant, la charge développée dans le condensateur d'intégration 99 reste sensiblement inchangée et ainsi le niveau de polarisation et le gain en courant continu établis pour le trajet de signaux pour des
conditions de signal faible restent sensiblement inchangés.
De ce point de vue, il faut noter que les signaux de détail vertical dérivés de la chrominance filtrée en peigne à la sortie d'un filtre en peigne CCD présentent
Z55585O
typiquement une caractéristique d'amplitude symétrique avec une durée utile de 50% Le circuit de contre-réaction comprenant le réseau 85 aide également à compenser tout décalage en courant continu pouvant apparaître dans le trajet principal d'amplification des signaux de détail vertical par suite
du processus d'échantillonnage.
La figure 4 montre des détails du réseau 30 de compensation de retard de la figure 1. Des signaux d'entrée sont appliqués à un circuit de couplage d'entrée comprenant des dispositifs NMOS 120, 121 et ils sont échantillonnés au moyen d'un circuit comprenant un commutateur déclenché d'échantillonnage 125 et un élément capacitif de stockage 126. Le signal échantillonné est appliqué par un dispositif suiveur de tension 128 et un circuit de couplage 130, 131,à un second circuit d'échantillonnage 135, 136 d'o les signaux échantillonnés sont appliqués à une
sortie via un dispositif suiveur de tension 138.
La figure 5 montre la configuration de circuit des inverseurs (comme les amplificateurs) employés à la figure 1. Des signaux d'entrée sont appliques en commun aux portes des dispositifs NMOS inverseurs de signaux -142 connectés en parallèle, ayant comme réseau-commun de charge, un certain nombre de dispositifs NMOS 143-146 connectés en série. Les signaux de sortie développés dans le réseau collLun de charge sont appliqués à une sortie
via un dispositif suiveur de tension 150.
La figure 6 illustre l'agencement d'un réseau de traitement de signaux de détail vertical non linéaire 160, correspondant au dispositif montré sur la figure 1, avec un système de filtre en peigne CCD tel qu'on peut l'employer dans un téléviseur couleur. Le dispositif de traitement 160 de détail vertical et le filtre en peigne CCD sont tous deux construits sur le même circuit intégré
dans les confins du contour en pointillé.
Les signaux vidéo comprenant les composantes de luminance et de chrominance d'une source 170 sont couplés en courant alternatif via un condensateur 172 et une borne T6 aux entrées 175, 176 de "ligne longue" d'un dispositif à filtre en peigne CCD 173, et aux entrées de "ligne courte" 177, 178 du filtre en peigne. Avant application à l'entrée 178, les signaux vidéo sont inversés au moyen d'un inverseur 180. En ce qui concerne la structure et le fonctionnement du dispositif à filtre en peigne CCD, on peut se référer aux agencements de filtre en peigne décrits dans le brevet US N 4 096 516 au nom de Pritchard, le brevet US N 4 217 605 au nom de Carnes et autres et la demande de brevet US en cours N 383 302 au nom de D. J. Sauer déposée le 28 Mai 1982
et intitulée "CCD Charge Subtraction Arrangement".
Une jonction de combinaison de signaux du filtre en peigne "+" combine les signaux (comme des paquets de chargea qui sont mutuellement retardés de 1H, c'est-à-dire un intervalle d'une ligne horizontale, pour produire un signal de luminance filtré en peigne à une sortie 190 du filtre en peigne. Cela est accompli au moyen du processus
de combinaison de chargespar addition à la jonction "+".
Une jonction de combinaison de signaux du filtre en peigne "-" combine les signaux qui sont mutuellement inversés et retardés de 1H pour produire, via un processus de combinaison de chargespar soustraction, un signal de chrominance filtré en peigne à une sortie 192 du filtre en peigne. Les signaux -ltrés en peigne de luminance et de chrominance sont respectivement échantillonnés au moyen des circuits 194 et 195 d'échantillonnage et de r'aintien, et les versions échantillonnées des signaux filtrés en peigne de luminance et de chrominance apparaissent aux bornes T7 et T8 respectivement. Les signaux de temporisation du filtre en peigne 173, des circuits d'échantillonnage 194, et du dispositif de traitement de détail vertical 160
sont produits par une source 198. Les signaux de tempori-
sation de la source 198 sont développés en réponse à un signal de référence de temporisation, comme un signal à ,7 MHz qui correspond à une version multipliée en fréquence de la fréquence du signal de référence de
sous-porteuse chrominance à 3,38 MHz (normes NTSC).
Le signal filtré en peigne de chrominance à la borne T8 est filtré par un filtre passe-bande 200 pour appliquer des signaux de chrominance dans le spectre des fréquences de chrominance aux circuits de traitement de signaux de chrominance. Le filtre 200 présente à titre d'exemple une réponse en fréquence de 3,58 MHz + 0,5 MHz
pour les signaux de chrominance NTSC. Le signal apparais-
sant à la borne T8 est également appliqué au dispositif de traitement de signaux de détail vertical 160 par un filtre passe-bas (comme 0-1 MHz) de détail vertical 202 et la borne T1. Le filtre 202 sert à extraire, du signal filtré en peigne de luminance, l'information de détail vertical du signal de luminance à basse fréquence qui
manque dans le signal de luminance filtré en peigne.
Après traitement par le dispositif de traitement 160 comme on l'a décrit avec la figure 1, un signal de détail vertical traité de manière non linéaire apparaît à la
borne T2.
Le signal filtré en peigne de luminance à la borne T7 est filtré par un filtre passe-bas 205 ayant une réponse en fréquence de 0-4MHz correspondant au spectre des fréquences du signal de luminance. Un réseau 208 de combinaison de signaux reçoit le signal filtré de luminance du filtre 205, avec un signal de détail vertical traité de manière non linéaire (c'est-à-dire creusé, accentué et rogné) couplé par un filtre passe-bas 210 (0-1 MHz) qui supprime les harmoniques dues au traitement non linéaire du signal, et une composante du signal de détail vertical linéaire à la sortie du filtre 202 de détail vertical. Ce dernier signal est appliqué au moyen de combinaison 208 en une quantité suffisante pour préserver la résolution verticale normale à faible niveau dans le contenu de luminance d'une image visualisé. Plus particulièrement, la grandeur de ce dernier signal correspond à celle qui est requise pour restaurer les excursions de faible amplitude du signal de détail vertical (c'est-à-dire des excursions d'amplitude de la région I) au signal de luminance de façon qu'un signal de luminance finalement reconstitué présente une réponse en amplitude essentiellement "plate" par rapport aux signaux de détail de faible amplitude. Ainsi, le signal de luminance à la sortie du moyen de combinaison 208, appliqué aux circuits de traitement de signaux de luminance, comprend une composante de détail vertical
traitée de manière non linéaire présentant une accentua-
tion et un rognage par rapport à des excursions d'amplitude modérée et forte respectivement et une caractéristique d'amplitude restaurée "plate" par rapport
aux excursions de faible amplitude.
Claims (12)
1.- Dispositif de traitement de signaux vidéo du type comprenant: une source de signaux vidéo présentant de faibles amplitudes du signal sur une première gamme, des amplitudes modérées du signal sur une seconde gamme au delà de ladite première gamme, et de fortes amplitudes du signal sur une troisième gamme au delà de ladite seconde gamme; caractérisé par: un premier canal de signaux(12, 30, 32) pour le transfert d'une version linéaire des signaux vidéo de ladite source, avec un gain donné du signal; un second canal de signaux (15,28, 29, 42, 43) pour le transfert de signaux vidéo de ladite source avec un gain donné du signal, ledit second canal comprenant un premier amplificateur (15) présentant des régions linéaire et de limitation; un troisième canal de signaux (17, 60, 62) pour le transfert de signaux vidéo de ladite source, avec un gain donné du signal, ledit second canal comprenant un second amplificateur (17) présentant des régions linéaire et de limitation; et un moyen (A) pour combiner les signaux à la sortie desdits premier, second et troisième canaux et produire
un signal vidéo de sortie.
2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que: le premier amplificateur (15) présente une région linéaire sur les première (I) et seconde (II) gammes d'amplitude, et une région de limitation (III) sur ladite troisième gamme d'amplitude; et le second amplificateur (17) présente une région linéaire sur la première gamme d'amplitude (I) et une région de limitation sur les seconde (II) et troisième (III)
gammes d'amplitude.
3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que: les composantes de faible amplitude du signal vidéo à la sortie du moyen de combinaison sont pourvues d'un premier gain; les composantes d'amplitude modérée dudit signal vidéo de sortie sont pourvues d'un second gain supérieur au premier; et les composantes de forte amplitude dudit signal vidéo de sortie sont pourvues d'un troisième gain
inférieur au second.
4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que: le premier gain correspond à un gain du signal qui est sensiblement nul; et le troisième gain correspond à un gain négatif du signal.
5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que: les premier (15) et second (17) amplificateurs sont agencés en cascade, le second amplificateur répondant
aux signaux à la sortie du premier amplificateur.
6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que: les premier (15) et second (17) amplificateurs présentent des gains sensiblement égaux; le second canal comprend un réseau diviseur de tension (42, 43) pour produire une version translatée en amplitude des signaux à la sortie du premier amplificateur à une sortie dudit second canal; et le troisième canal contient un réseau diviseur de tension (60, 62) pour produire une version translatée en amplitude des signaux à la sortie du second amplificateur,
à une sortie dudit troisième canal.
7.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de signaux vidéo correspond à une source de composantes du signal de détail vertical
d'un signal vidéo.
8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la source de signaux de détail vertical comprend: un filtre en peigne (173) répondant à un signal vidéo contenant dds composantes de luminance et de chrominance représentatives de l'image disposées dans le spectre des fréquences du signal vidéo en relation de fréquences imbriquées, ledit filtre en peigne produisant à une première sortie (190) un signal filtré en peigne de luminance et ledit filtre en peigne produisant à une seconde sortie (192) un signal filtré en peigne de chrominance; et un moyen de filtrage (202) couplé à ladite seconde sortie dudit filtre en peigne pour laisser sélectivement passer les fréquences du signal correspondant au spectre des fréquences du signal de détail vertical, sensiblement à l'exclusion des signaux occupant la bande des fréquences
du signal de chrominance.
9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par: un moyen (208) pour combiner le signal filtré en peigne de luminance au signal traité de détail vertical et à une partie des signaux de détail vertical à la sortie du moyen de filtrage, pour produire un signal
reconstitué de luminance.
10.- Dispositif selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que:
le second canal de signaux comprend un premier circuit déclenché d'échantillonnage et de maintien (20, 22) couplé à la source précitée et présentant a) un état d'échantillonnage pendant un premier intervalle pour obtenir un échantillon de l'amplitude du signal vidéo,et b) un état de maintien pendant un second intervalle suivant; et le premier amplificateur (15) répond aux signaux à la sortie dudit premier circuit d'échantillonnage et de maintien, le troisième canal de signaux comprend un second circuit déclenché d'échantillonnage et de maintien (24, 26) couplé à une sortie de l'amplificateur (15) et présentant a) un état de maintien pendant le premier intervalle et b) un état d'échantillonnage pendant le second intervalle pour échantillonner les signaux à la sortie du premier amplificateur; et le second amplificateur (17) répond aux
signaux à la sortie dudit second circuit d'échan-
tillonnage et de maintien.
11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un trajet de contre-réaction négative en courant continu (85) est couplé entre une sortie de signaux du second amplificateur (17) et une entrée de
signaux du premier amplificateur (15).
12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que:
le trajet de contre-réaction comprend un compara-
teur (100, 102) avec une entrée de référence (T4) couplée à un potentiel de référence (94), une entrée de signaux
(T3) couplée à la sortie de signaux du second amplifica-
teur (17) et une sortie de signaux (T5) couplée à l'entrée de signaux du premier amplificateur (15); et un condensateur de filtrage (99) est couplé à la
sortie de signaux dudit comparateur.
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