JP3498987B2 - 信号クランプ装置 - Google Patents

信号クランプ装置

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JP3498987B2 JP32835893A JP32835893A JP3498987B2 JP 3498987 B2 JP3498987 B2 JP 3498987B2 JP 32835893 A JP32835893 A JP 32835893A JP 32835893 A JP32835893 A JP 32835893A JP 3498987 B2 JP3498987 B2 JP 3498987B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】信号処理装置はクランピング機能
を含む。例えば、ディジタル映像信号処理装置はアナロ
グ映像信号源に結合された交流であるアナログ入力を有
するアナログディジタル変換器(ADC)を含む。アナ
ログ信号がADCの直流範囲を越えないようにADCの
入力において直流バイアスを確立し維持することが望ま
れている。この直流範囲が越えられた場合、信号クリッ
ピングが生ずる。クリッピングは、好ましくない効果、
例えば映像信号処理装置における画像歪みを起こす。ク
ランピング特徴は所望の直流バイアスを提供する。 【0002】 【従来の技術】信号クランプの動作は典型的には信号レ
ベルをサンプリングすること、サンプルされた値を基準
値と比較すること、そしてその信号レベルを調整して所
望のレベルを確立することとを含む。一例として、映像
信号は典型的には直流レベルが存在する”バックポー
チ”期間を含む。NTSC適合信号においてはこのバッ
クポーチ期間は水平同期の先行エッジの4.7μs後に
始まり4.7μsの期間を有する。上述のディジタル信
号処理装置においては、バックポーチ期間中の映像AD
Cの入力におけるレベルはADC入力におけるバイアス
を示す。このように、ADC入力信号レベルはバックポ
ーチ期間の間にサンプルされバイアスを所望の値にクラ
ンプするように調整され得る。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】クランピングに対する
あるアプローチはバックポーチ期間等の短い期間中にサ
ンプリング及び信号レベルの調整の両方を完了すること
を含む。相対的に短い期間の間に信号レベルをサンプル
し修正することを達成することは信号レベルを調整する
ための意味のある信号パルスを必要とする。パルスは信
号処理装置に雑音を導くトランジェントを発生する。更
に、信号パルスはサンプリングと相互作用し発振又はク
ランピングレベルのドリフト等の効果を引き起こす。 【0004】 【課題を解決するための手段】本発明は、その一部にお
いて、説明した問題を認識することにあり、その一部に
おいてその問題にねらいを定めた信号処理装置を提供す
るにある。本発明の原理によれば、信号処理装置は、評
価期間の間、信号特性及び所望の信号特性間の関係を評
価するために設けられる。その評価の結果がその関係が
所望する関係でないということを示す場合、その信号特
性はその関係を実質的に所望する関係になるように修正
される。この修正は修正期間の間になされる。この修正
期間は評価期間を越える期間を有する。 【0005】本発明の他の面によれば、評価期間中の評
価はメジアンフィルタアルゴリズムを示す濾波器を含
む。 【0006】 【実施例】本発明は添付された図面を参照することによ
ってより良く理解し得る。本発明の原理の説明のため
に、図1に示された典型的実施例を映像信号処理装置の
面において説明する。容易に明白になるであろうが、本
発明は様々な信号処理適用に対して応用され得る。 【0007】図1において、映像入力信号「Y
力」、「U 入力」および「V 入力」を処理する3つ
のチャンネルが示されており、尚信号「Y 入力」は輝
度信号を示し、信号「U 入力」および「Y 入力」は
色差信号(例えばR−YおよびB−Y)を示す。結合コ
ンデンサ103,101および107は信号「Y
力」、「U 入力」及び「V 入力」をそれぞれの増幅
器113,111及び117に結合する。更に下に延べ
るごとく、各増幅器の入力直流バイアスは本発明の原理
によってクランプされる。 【0008】各増幅器出力は適当な周波数応答を示す低
域通過濾波器(LPF)に結合される。一例として、図
1は輝度LPF133に対する6MHz帯域幅及び色L
PF131及び137に対する500kHzの帯域幅を
示す。輝度LPF133の出力は8ビットディジタル輝
度出力信号「Y 入力」を発生するアナログディジタ
ル変換器(A/DまたはADC)153に結合される。
単一8ビットディジタル色出力信号、即ち信号「UV
入力」がADC155の出力に生成される。 【0009】色(即ち「U 入力」及び「V 入力」)
帯域幅は、色情報のアナログディジタル変換の目的のた
めに色入力信号「U 入力」及び「V 入力」を多重す
ることを許容するように十分低い。このように、単一A
DC,即ちADC155のみが色情報のために必要とさ
れる。この多重動作は、信号「U 入力」及び「V
力」を交互にADC155に結合するアナログスイッチ
145を介して実行される。アナログスイッチ145は
制御信号「UV 選択 入力」によって制御される。信
号「UV 選択 入力」は、整数値、例えば2でADC
クロック信号「クロック」の周波数を分周(図1に図示
せず)することによって発生され得る。 【0010】増幅器113,111,及び117の入力
におけるバイアスレベルクランピングは信号それぞれ
「充電 Y」,「充電 U」及び「充電 V」によって
制御される。これらの信号は、ディジタルクロック信号
「クロック」、タイミング信号「クランプ キー」及
び、ディジタル出力信号「Y 入力」及び「V 入力」
の内の一つに応答してバイアス制御回路163,16
1,及び167によって生成される。信号「Y 入力」
はバイアス制御回路163に結合され、出力信号「UV
入力」におけるU及びVディジタルの多重性の故に色
データ信号「UV 入力」は両方のバイアス制御回路1
61及び167に結合される。信号「UV 選択
力」は、U及びVバイアス制御の動作をADC155の
出力におけるU及びV関連データの存在に同期させるよ
うにバイアス制御回路161及び167に結合される。
信号「充電 Y」,「充電 U」及び「充電 V」は増
幅器113,111及び117のそれぞれの入力に抵抗
123,121及び127を介して結合される。 【0011】バイアス制御回路の動作を簡単にまとめる
ために、各バイアス制御回路はバックポーチ間隔の一部
分の間に対応する増幅器の入力における電圧を監視す
る。バイアスレベルが所望のレベルでない場合、バイア
ス電圧は増加させられる(入力結合コンデンサが放電さ
せられる)か又は減少させられる(入力結合コンデンサ
が放電させられる)。個々のコンデンサを充電するか放
電するかの決定が信号「クランプ キー」上のパルスに
よって画成されるごとくの各バックポーチ期間の一部の
間に更新される。アナログ映像信号および信号「クラン
キー」間のタイミング関係を図2に示す。充電また
は放電は図2の信号「充電 x」で示されるごとく各水
平期間を通して連続する。信号「充電 x」は図1にお
ける信号「充電 Y」,「充電 U」,又は「充電
V」の内の一つを示す。 【0012】信号「クランプ キー」は、例えば周波数
C において図1における信号「クロック」等のディジ
タルクロック信号の連続サイクルによって発生(図示せ
ず)され得る。周波数fC は水平周波数fH の1024
倍であり、尚NTSCシテスムに対する周波数fH は略
15.6kHzである。上述のごとく、バックポーチ期
間は水平同期の先行エッジ(即ち図2における「同期」
パルスの立ち下がりエッジ)の略4.7us後に始まり
4.7us続く。1024Hzの周波数fC に基づい
て、同期の先行エッジの信号「クロック」(略6us)
の96サイクル後に始まり32サイクル(略2us)続
く信号「クランプ キー」上のパルスが所望のごとくバ
ックポーチ期間内にあるようになる。 【0013】バイアス制御回路163,161および1
67の動作は図3を参照することによってより良く理解
され得る。図3の以下の説明は図1のバイアス制御回路
163及び輝度チャンネルのみについてする。しかし、
3つのバイアス制御回路は同様に動作する。信号「クラ
ンプ キー」上の各パルスによって画成される期間中、
バイアス制御回路163は増幅器113の入力における
直流レベルを所望の基準レベルと比較する。図3におい
て、この比較は比較器310によってディジタル的に実
行される。比較器310のQ入力に結合された信号「ク
ランプレベル」は基準レベル、即ち所望のクランプレベ
ルのディジタル表示である。比較器310のP入力に結
合された信号「映像 入力」はADC出力におけるディ
ジタル信号を示す。バイアス制御回路に関して、信号
「映像 入力」はADC153の出力におけるディジタ
ル信号「Y 入力」を示す。比較器310が符号なし2
進入力(即ち0乃至+2nの範囲)を必要とする典型的
なディジタル比較器でありADC出力が2の補数形式
(即ち−n乃至+nの範囲)にある場合、信号「映像
入力」の最上位ビット(MSB)の反転(図3には図示
せず)が必要とされる。 【0014】図3に示すごとく、比較器310は入力P
における値が入力Qにおける値よりも大きいかを判断す
る。このようにして、信号「映像 入力」が基準レベル
「クランプレベル」より大きい場合、比較器の出力は真
(例えば論理1における)でありANDゲート320を
介して5ビットカウンタ330をイネーブリングする。
信号「クランプ キー開始」がカウンタ330をリセッ
トし信号「クランプ キー」によって画成された期間の開
始においてゼロの計数とする。信号「クランプ キー開
始」は「クランプ キー」パルス期間の開始を示すパル
スを供給する。信号「クランプ キー開始」は図4に示
すごとくに発生され得る。 【0015】イネーブルされた際、カウンタ330は信
号「クロック」によってクロックされる、信号「クロッ
ク」のサイクルを計数する。このようにして、カウンタ
330の出力は、その間信号「映像 入力」が基準レベ
ル「クランプレベル」を越える「クランプ キー」パル
スの開始に引き続く信号「クロック」の数を示す。カウ
ンタ330の出力が、カウンタ出力のMSBによって示
されるごとく16の計数に達した場合、計数はANDゲ
ート320を介してディスエーブルされる。カウンタ3
30の出力における計数値はその計数値が16以上の際
に真(例えば論理1)出力を生成する比較器340によ
って評価される。信号「クランプ キー停止」によって
示されるごとくクランプキー期間の終了において、比較
器出力(又は計数値のMSB)はDフリップフロップ
(DFF)350にラッチされる。信号「クランプ
ー停止」を発生することに対するアプローチが図4に示
される。 【0016】図4(b)に示す信号タイムチャートを参
照して図4(a)に示された回路における動作を説明す
る。対応するタイムチャートに示されたごとくの信号
「クランプ キー」及び周期的なパルスよりなる「クロ
ック」がD形フリップフロップ(DFF)410のD入
力及びクロック入力にそれぞれ入力される。信号「クラ
ンプ キー」は他方インバータ420によって反転され
反転された信号はDFF410にQ出力と共にAND素
子430に入力される。AND素子430はその結果対
応するタイムチャートに示されるごとくの信号「クラン
キー停止」を出力する。信号「クランプ キー」は
他方DFF410の反転されたQ出力と共にAND素子
440に入力される。AND素子440はその結果対応
するタイムチャートに示されるごとくの信号「クランプ
キー開始」を出力する。 【0017】図4(b)に示す信号タイムチャートを参
照して図4(a)に示された回路における動作を説明す
る。対応するタイムチャートに示されたごとくの信号
「クランプ キー」及び周期的なパルスよりなる「クロ
ック」がDFF410のD入力及びクロック入力にそれ
ぞれ入力される。信号「クランプ キー」は他方インバ
ータ420によって反転され反転された信号はDFF4
10のQ出力と共にAND素子430に入力される。A
ND素子430はその結果対応するタイムチャートに示
されるごとくの信号「クランプ キー停止」を出力す
る。信号「クランプ キー」は他方DFF410の反転さ
れたQ出力と共にAND素子440に入力される。AN
D素子440はその結果対応するタイムチャートに示さ
れるごとくの信号「クランプ キー開始」を出力する。 【0018】DFF350の出力における論理1は少な
くとも「クランプ キー」パルスの半分(即ち「クラン
キー」パルス中の「クロック」の32サイクルの内
の16サイクル)に対して信号「映像 入力」が基準レ
ベルを越えたことを示す。DFF350の出力における
論理1に応答して、インバータ360の出力における信
号「充電 x」が論理0となり図1において対応する結
合コンデンサを放電させ、もってバイアスレベルを減少
させる。同様に、DFF350の出力における論理0は
少なくとも「クランプ キー」パルス期間の2分の1に
対して信号「映像 入力」が基準レベルより大きくない
ことを示す。DFF350の出力における論理0は信号
「充電 x」を論理1とし、図1の対応する結合コンデ
ンサを充電させ、もってバイアスレベルを増加させる。 【0019】少なくとも32の内の16の計数に基づい
た充電するか放電するかの決定の効果はメジアンフィル
タアルゴリズムを使用したサンプリング行程中にクラン
ピング点における電圧をろ波することである。メジアン
フィルタアルゴリズムは映像信号における”ショット”
形雑音が充電−放電決定に影響を及ぼす可能性を都合よ
く減少させる。更に、図3に示されるがごとく、メジア
ンフィルタアルゴリズムは比較的少ない数の装置によっ
て実施され得る。 【0020】図3に示される実施例の他の面は、充電又
は放電が、図2に示されるがごくの各水平ライン期間を
通して連続するということである。充電決定は、DFF
350が信号「クランプ キー停止」によってクロック
される際に「クランプ キー」パルス期間の終りにのみ
更新される。このように、個々の充電−放電決定は、事
実上完全な水平ライン期間に対して残る。更に、インバ
ータ360の出力は信号「充電 x」に連続して接続さ
れる。その結果、充電又は放電はインバータ360の出
力インピーダンス,抵抗123(輝度チャンネルに対す
るもの)の値R及び結合コンデンサの電圧によって決定
されるレートにおいて連続して起こる。連続する充電又
は放電は雑音を導き出すことのある充電又は放電パルス
の必要性を都合よく省略する。又、信号「充電 x」を
充電−放電源から切り離す必要がない。それ故、より複
雑なトライステート装置よりむしろ簡略なインバータが
装置360のために使用され得る。 【0021】先の説明及び図3に示される実施例はバイ
アス制御回路163,161及び167の各々に適用し
得る。しかし、より複雑でない図3の機能の実施が又可
能である。例えば、比較器340は、充電−放電決定が
2の整数べき、例えば上述のごとくの16という数に達
するカウンタ330の出力に基づく際には省略され得
る。図3において、カウンタ330の出力のMSBは、
計数値が少なくとも16であることを示す。このよう
に、カウンタ出力のMSBは充電−放電決定点を示し、
DFF350に直接結合され得、比較器340を省略す
る。 【0022】システム設計考慮は図3に示される構成を
更に簡略化することを可能にする。例えば、色差チャン
ネルに対するバイアスレベル、即ち信号「U 入力」及
び「V 入力」を信号範囲の中点にクランプすることが
所望される場合がある。ADC155が2の補数出力を
生成する場合、中間範囲値は0である。ADC155の
出力のMSBは、信号レベルが中間範囲の下かあるいは
少なくとも中間範囲に等しいかを示す。MSB値が論理
1の場合、信号レベルは中間範囲より小さい。MSB値
が論理0の場合、信号レベルは0又は正であり、信号レ
ベルが少なくとも中間範囲にあることを示す。このよう
に、MSB値が信号レベルの所望レベルに対する関係を
示すために図3の比較器310は必要ない。ADC15
5の出力のMSBは反転され、カウンタ330をイネー
ブルするようにANDゲート320の入力に結合され得
る。ADC155の出力が符号なし2進である場合、A
DC出力のMSBは、カウンタ330をイネーブルする
ようにANDゲート320に直接(即ち反転なし)結合
され得る信号中間範囲表示器を提供する。 【0023】図面に示し上述した実施例の様々な他の変
更が可能である。例えば、「クランプ キー」パルスの
幅は変更し得る。異なるクロック周波数が選択された場
合、32クロックサイクルは前述と異なるパルス幅を生
成する。代わりに、「クランプ キー」期間中に計数さ
れ得る映像信号レベルの”サンプル”の数を増加するよ
うに「クランプ キー」パルス中のクロックサイクルの
数を増加させることが所望される場合がある。増加され
た数のサンプルはメジアンフィルタアルゴリズムの性能
を向上させる。更に、16以外の計数が充電か放電かど
ちらが起こるかを判断するのに使用され得る。例えば、
「クランプ キー」パルス中のパルスの数が変更された
場合、計数限界は、計数限界と「クランプ キー」パル
ス中のクロックサイクルの合計数との間の2分の1の前
述の関係を維持するように変更される。又、計数限界は
計数限界とクロックパルスの合計数との関係を変更しも
ってフィルタアルゴリズムを変更するように変更され得
る。 【0024】他の可能な変更は図1に示す抵抗121乃
至127及びコンデンサ101乃至107を含む。図3
における信号「充電 x」の源が図3に示されるごとく
駆動された電圧よりむしろ駆動された電流である場合、
抵抗121乃至127は必要ない。図1に示すごとく、
抵抗121乃至127は等しい値、例えば各160kΩ
であり得る。同様にコンデンサ101乃至103は各1
0μF等の等しい値であり得る。システム要求はしかし
一又はそれ以上の異なる値の抵抗又はコンデンサを必要
とする場合がある。 【0025】先の変更に加えて、本発明は、映像信号処
理装置以外の装置においても有用であり得る。特に、本
発明は、図1に示すごとくの各々がバイアス制御機能を
含んだ3つのチャンネルを含む適用に限定されない。説
明した実施例は、信号処理集積回路における実施に対し
て良く適合し、もって本発明の潜在的な使用を拡張す
る。 【0026】上述のごとく、説明した連続充電又は放電
アプローチの他のアプローチを使用することは複雑性を
付加する場合があり、例えば図3においてトライステー
ト装置が必要となる。しかし、個々の適用においてトラ
イステート装置の付加がが好ましくないということがな
い場合、充電又は放電が完全なライン期間よりむしろ水
平ライン期間の個々の部分の間に起こるように充電及び
放電タイミングが変更され得る。例えば、充電又は放電
が、完全なライン期間よりは短いが実際の映像期間まで
延びる期間中に起こることが所望される場合がある。
【図面の簡単な説明】 【図1】ブロックダイアグラムの形で本発明の原理を組
み込んだ信号処理装置の一部の実施例を示す。 【図2】図1,3,及び4における実施例の動作を理解
するのに有用な信号波形を示す。 【図3】図1においてブロックダイアグラムにで示され
た特徴のディジタル論理実施の概略図である。 【図4】(a),(b)は図3において示された制御信
号を発生するアプローチの実施例の回路図及び波形図を
示す。 【符号の説明】 101,103,107 コンデンサ 111,113,117 増幅器 121,123,127 抵抗 131,133,137 低域通過濾波器 145 アナログスイッチ 153,155 アナログディジタル変換器 161,163,167 バイアス制御回路 310 比較器 320 ANDゲート 330 カウンタ 340 比較器 350 Dフリップフロップ 360 インバータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナサニエル ハルーク エルソズ アメリカ合衆国,インディアナ,ブラウ ンズブルグ,イースト ステイト ロー ド 136,6565 (72)発明者 エリック ダグラス ロメスブルグ アメリカ合衆国,インディアナ,インデ ィアナポリス,ノース ラサール 4353 (72)発明者 トッド ジェイ クリストファー アメリカ合衆国,インディアナ,インデ ィアナポリス,サウス キトレイ アヴ ェニュー 1402 (56)参考文献 特開 平2−285864(JP,A) 特開 平2−135980(JP,A) 特開 平1−258560(JP,A) 特開 昭62−20476(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 5/14 - 5/217 H03M 1/12 - 1/18 H04N 9/72

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 第1の情報期間及び第2の情報期間を
    する水平ライン期間からなる映像信号の信号レベルをク
    ランプする装置であって、 評価期間を示す信号を供給する手段と、 上記評価期間中に上記信号に応答し所望の直流レベルに
    関して上記映像信号の直流レベルを評価して上記評価に
    応じて制御信号を発生する手段と、 上記評価手段と結合され上記制御信号に応じて上記映像
    信号の上記直流レベルを修正する手段とよりなり、 上記修正手段は上記第2の情報期間のうちの一部の間中
    上記映像信号の上記直流レベルを上記所望の直流レベル
    に一致するように連続して修正することを特徴とする装
    置。
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