JPH03174883A - 信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は制御可能な非線形の処理回路に関し、特に、ビ
デオ画像のコントラストを高めるための回路に関する。

発明の背景 １９８９年８月２５日にラゴーニ（ＬＨ＋＋＋＋ｉ）氏
により出願番号第３９８８４５号として出願された「自
動コントラストおよび白色−伸長処理部を含んでいる動
的ビデオ・システム」という名称の米国特許出願には、
テレビジョン・システムにおいて白色−伸長処理部を用
いる利点が開示されている。白色−伸長は、高ルミナン
ス振幅に比べて中間範囲のルミナンス振幅を、画像特性
を表わす制御信号の関数として強調しまたは増大して、
再生画像のコントラストを高めることである。白色−伸
長処理の利点は本出願の中で簡単に述べられている。し
かし本出願は、白色−伸長を生成するのに用いることの
できる制御可能な非線形の利得特性を提供する有利な構
成に主として関するものである。

発明の概要 本発明の１つの特徴によれば、非線形の処理装置は、入
力信号に応答して線形および非線形の出力信号を生成す
るように構成された第１および第２増幅器と、−制御信
号に従って出力信号を合成するための“ソフトスイッチ
”を含む。特に、本発明の別の特徴によれば、第１およ
び第２の増幅器は電圧フォロワから成り、その入力は並
列に接続され、その出力は抵抗分圧器の第１の抵抗器に
より一緒に接続されている。バイアス電圧は第２の増幅
器に接続されているので、第２の増幅器は第１の増幅器
よりも先にカットオフされる。第２の増幅器がカットオ
フする前に、これらの増幅器により供給される出力信号
は同じ振幅を有するので、第１の抵抗器に電流は流れな
い。第２の増幅器がカットオフした後に、電流は第１の
抵抗器を通って流れ、分圧器の電圧分割作用により、第
１増幅器の出力電圧の減衰した電圧が第２増幅器の出力
に発生する。その結果、線形の出力信号が第１増幅器の
出力に発生し、非線形の出力信号が第２の増幅器の出力
に発生する。

本発明を詳しく理解するために、添付した図面を参照す
べきである。

各図において、同じ要素または同様な要素には同じ参照
番号を付けである。

以下の説明において、ルミナンス信号の正方向部分は再
生画像の白方向部分に相当するものとする。

実施例 第１Ａ図に、白色−伸長利得特性を示す。この利得特性
には、高ルミナンス振幅レベルと比較して中間範囲およ
びより低いルミナンス振幅レベルに対して増加した利得
（勾配）を有する１群の非線形の伝達関数が含まれてい
る。非直線性の度合は制御信号ＶＣの大きさの逆関数と
して増加する。

制御信号Ｖｃの大きさが最高（ｖＣｌ）のとき、利得特
性は線形の伝達関数となる。大きさが低下すると（例え
ば、ｖＣ２＜Ｖ。１）、伝達関数は一層非線形となる。

第１Ａ図の伝達関数を発生する効果的な方法を第１Ｂ図
に示す。人力１８２における入力電圧は、線形増幅器１
８４の入力と非線形増幅器１８６の入力に並列に結合さ
れている。増幅器１８４と１８６の出力信号は“ソフト
スイッチ″（ｓｅｌｌ−ｓｖＮｃｈ）１８８に接続され
、“ソフトスイッチ”は制御信号Ｖｃに従って線形およ
び非線形の出力信号を合成して、出力１９２に最終の出
力信号を発生する。入力１８２と出力１９２の間の利得
特性は第１Ａ図に示す特性である。

第１Ｂ図のブロック図の増幅器１８４と１８６の構成例
を第２Ａ図に示す。第２Ａ図の増幅器の伝達関数を第２
Ｂ図に示す。

入力１９４の電圧（第１Ｂ図の入力電圧に相当する）は
ＰＮＰトランジスタ１９６と１９８のベースに並列に結
合されている。トランジスタ１９６と１９８はエミッタ
ーホロワとして構成され、それぞれのコレクタは大地に
接続され、出力電圧はそれぞれのエミッタに発生する。

ＰＮＰ　）ランジスタ１９６のエミッタは抵抗２０６を
介して供給電圧源■ｃｃに接続され、出力２０８におい
て抵抗２０６の両端に出力信号を発生する。エミッター
ホロワ１９８は出力２１４において負荷抵抗器２１６と
バイアス電圧源２１８の直列接続の両端間に出力電圧を
発生する。電源２１８により供給されるバイアス電圧の
値は、トランジスター９８が入力信号の望ましい区切点
レベル（ＶＢ）でカットオフされるように設定される。

トランジスタ１９６は区切点レベルの後、導通し続ける
。その結果、エミッターホロワ１９８はエミッターホロ
ワ１９６よりもダイナミックレンジが小さくなる。

抵抗器２１０は出力２０８と２１４の間に接続されてい
る。

トランジスター９８が導通している間、２０８と２１４
における出力電圧は実質的に同じであり、入力電圧との
関係は線形である。その上、抵抗器２１０には電流が流
れないので、２０８における出力信号の減衰は起らない
。しかし、トランジスタ１９８がオフになると、電流が
抵抗器２１０に流れる。その点（Ｖ　　）および■、を
越えた所で、２０８における出力信号は変化しないまま
であるが、抵抗器２１０と２１６の間で電圧が分割され
るので、２０８における出力信号の減衰した信号が２１
４に発生される。区切点ＶＢはトランジスタ１９８のベ
ースに存在する直流（ＤＣ）バイアスと電圧供給源２１
８により決定される。第２Ｂ図に示すＡ１とＡ２の傾斜
の比率は抵抗器２１０と２１６の比率により決定される
。

第３Ａ図と第３Ｂ図は第２Ａ図の出力電圧を電流に変換
するための回路を示す。これらの電流は、以下に説明す
るように、電流ステアリング回路網から成る“ソフトス
イッチ″　１８８に供給される。

第３Ａ図に示すように、出力２０８に発生する線形電圧
信号は、トランジスタ２２４のベースに接続されている
１つの入力２２０に供給される。これに対応するように
、出力２１４に発生する非線形電圧信号はトランジスタ
２３０のベースに接続されている入力２２６に供給され
る。トランジスタ２２４と２３０のそれぞれのコレクタ
は第４図に関連して説明する電流ステアリング回路に結
合される。トランジスタ２２４と２３０のベースに供給
される電圧に応答して、それぞれのコレクタ電流２３６
と２３８が発生する。トランジスタ２２４と２３０のエ
ミッタはそれぞれのエミッタ抵抗器２４４と２４６に接
続されている。抵抗器２４４は大地に直接接続され、抵
抗器２４６はバイアス電圧源２４８を介して大地に接続
される。線形および非線形の信号電流の黒から白までの
差を等化するために、抵抗２４６は抵抗２４４よりも小
い値をとる。バイアス電圧２４８により供給されるバイ
アスは、これら２つの出力電流の直流成分を等化するの
に用いられるオフセットを導入する。

ソフトスイッチ１８８は第４図に示すような電流ステア
リング差動増幅器として実現することができる。トラン
ジスタ２２４と２３０は第３Ａ図と第３Ｂ図に関連して
先に述べたのと同じ方法で動作する。トランジスタ２５
０と２５２は差動増幅器を形成し、トランジスタ２５０
のベースに供給される制御電圧Ｖｃの関数として、トラ
ンジスタ２２４のコレクタに流れる電流２３６を、出力
電圧を発生させるために負荷抵抗器２５３が接続されて
いる信号出力端子１９２、あるいは電源ｖＣｃヘステア
リングする。対を成す差動トランジスタ２５６と２５８
も同様に、トランジスタ２５８のベースに供給される制
御電圧ＶＣの関数として、トランジスタ２３０のコレク
タに流れる電流２３８をステアリングする。その結果、
負荷抵抗２５３を流れる電流は、線形電流２３６と非線
形電流２３８の制御可能な組み合せである。

トランジスタ２５２と２５６のベースに接続される電圧
源２５９は、電流のステアリングが継続的に制御可能で
ある範囲を設定する。公知のように、差動増幅器の出力
電流が入力電圧に応答する差分入力電圧の範囲は約＋１
５０ミリボルトである。電圧源２５９により供給される
電圧は制御範囲のほぼ中間に相当する。制御電圧ｖｃの
大きさが電圧源２５９により供給される電圧より低い場
合、トランジスタ２５６はトランジスタ２５８よりも激
しく導通し、トランジスタ２５２はトランジスタ２５０
よりも激しく導通する。その結果、負荷抵抗器２５３の
両端に発生する出力電圧は、線形電流（トランジスタ２
２４により供給される）からよりも、非線形電流（トラ
ンジスタ２３０により供給される）から、より大きな寄
与を受ける。

制御電圧Ｖ、の大きさが電圧源２５９により供給される
電圧より高い場合、トランジスタ２５０はトランジスタ
２５２よりも激しく導通し、トランジスタ２５８はトラ
ンジスタ２５６よりも激しく導通する。その結果、負荷
抵抗の両端に発生する出力電圧は、トランジスタ２３０
により供給される非線形電流からよりも、トランジスタ
２２４により供給される線形電流から、より大きな寄与
を受ける。従って、入力１８２と出力１９２の間の利得
特性は第１Ａ図に示すようになる。

第４図の回路は入力１８２と出力１９２の間で信号の逆
転を生じる。用途によっては、この信号の逆転は望まし
くない。第３Ａ図、第３Ｂ図および第４図に示す電流源
のための、代りの構成で信号の逆転を生じないものを第
５図に示す。この構成において、入力２２０と２２６に
供給される入力電圧は、トランジスタ２２４と２３０の
それぞれのベースに供給される代りに、それぞれのエミ
ツタに供給される。入力２２０と２２６は、それぞれの
抵抗器２６１と２６３を介して、トランジスタ２２４と
２３０のそれぞれのエミッタに接続される。また、第５
図の回路で、バイアス電圧源２４８はトランジスタ２２
４と２３０のベースに接続されている。抵抗器２６１は
抵抗器２６３よりも高い４ａを有して、２２０と２２６
に発生する２つの入力電圧間の黒から白までの差を補償
する。

抵抗器２４６は抵抗器２４４よりも小さい値であり、２
つの入力電圧の直流成分間の差を補償する。

第６図は第１Ｂ図のブロック図の完全な構成を示す。第
６図は、第２Ａ図、第３Ａ囚、第３Ｂ図および第４図に
関連して先に述べた回路部分を示す。しかし、実用上の
変更もある程度なされる。

この点に関して、第２Ａ図に示すエミッターホロワ１９
８と関連するバイアス電圧源２１８は、抵抗器２６１と
抵抗器２１６′の間で電源電圧Ｖｃｃを分圧することに
より（テブナンの電圧源として）供給される。第２Ａ図
に示す抵抗器２１６は、テプナンの等価抵抗器２１６′
と２６１に相当する。同様にして、第３Ｂ図と第４図に
示す非線形入力電圧のための電流源と関連するバイアス
電圧２４８は、抵抗器２６３と抵抗器２４６′の間で電
源電圧ＶＣｃを分圧して供給される。抵抗器２６４と２
６６を含む分圧器は、第４図に示すように、トランジス
タ２５２と２５６のベースに接続される電圧源２５９に
対応する。多分もっと重要なことは、抵抗器２６４と２
６６の接続点とＶｃ制御人力１９０との間に接続される
ダイオードが追加されており、制御電圧Ｖｃが、抵抗器
２６４と２６６の接続点に発生する電圧よりもダイオー
ド１個分の電圧降下を超過して上昇するのを防ぐ向きで
接続される。これは、制御電圧Ｖｃの大きさが高いとき
に出力信号（Ｙ　　　）の歪みを防止する。

１１Ｔ 第１図〜第６図に関連して述べた制御可能な非線形利得
特性信号処理回路をテレビジョン・システムに使用して
白色−伸長を行う方法を第７図に示す。第７図に関して
、非線形の利得特性回路は白色−伸長処理ユニット１３
６の中に組み込まれている。白色−伸長処理ユニット１
３６用の制御電圧（第７図に関して制御信号ｖＣＡとし
て示す）は、以下に説明するように、制御信号発生器１
４０により発生される。

特に第７図に関して、入力１４２に供給される複合ビデ
オは２つの成分、すなわち出力１４４に供給されるルミ
ナンス信号および出力１４６に供給されるクロミナンス
信号に分離される。

クロミナンス信号は良く知られた方法で処理回路１４８
内で処理されて、赤、緑および青の色差信号ｒ−Ｙ、ｂ
−Ｙおよびｇ−Ｙを発生する。これらの色差信号はマト
リックス１５２に接続される。クロミナンス処理ユニッ
ト１４８およびマトリクス１５２は集積回路（ＩＣ）１
５４の中に含まれる。

ルミナンス信号は白色−伸長処理ユニット１３６に接続
され、処理ユニット１３６は発生器１４０により発生さ
れる制御信号Ｖｃを受は取る。白色−伸長処理ユニット
１３６の出力信号は画像の鮮明度を改善するためにピー
キング回路１５６に接続される。ピーキング回路１５６
の出力信号は集積回路１５４に結合される。

ルミナンス信号処理のために、集積回路１５４はコント
ラスト制御ユニット１５８と輝度制御ユニット１６０を
含んでいる。コントラストおよび輝度のためのユーザ用
調整要素はポテンシオメータ１５９と１６１によりそれ
ぞれ記号的に表わされているが、現代のテレビジタン・
システムでは、一般に、マイクロプロセッサで制御され
るデジタル・アナログ変換器を含んでいる。処理済みル
ミナンス信号はマトリックス１５２に接続され、ここで
色差信号と結合されて、低レベルの赤（ｒ）、緑（ｇ）
および青（ｂ）の色信号を生成する。水平および垂直リ
トレース消去パルスＨＢおよびＶＢはそれぞれ偏向処理
部（図示せず）で発生され、水平および垂直帰線が画面
に表示されないようにするために、マトリックス１５２
により、ｒｓｇｓｂの色信号の中に挿入される。

低レベルのｒｓｇｓｂなる色信号は駆動増幅器１６４ｒ
、１６４ｂおよび１６４ｇにより増幅され、受像管１６
６のそれぞれのカソードを駆動するのに適当なＲ，Ｇ、
Ｂ駆動信号を生成する。

例えば、文字に相当する、過大な白方向の信号ピークに
よる、スポットの焦点ぼけ、並びに表示ドライバおよび
螢光体の飽和を防ぐために、以下に説明する制御信号発
生器１４０内で発生されるルミナンスを表わす信号の白
方向のピークをピーク検出器１６８が検出し、これに応
答して、コントラスト制御ユニット１５８に用いる制御
信号を発生する。スポットの焦点ぼけに相当する閾値を
超える白方向のピークが検出されると何時でも、コント
ラストはｎ動的に減じられる。

都合の悪いことに、コントラスト制御ユニット１５８は
線形の利得伝達関数を持っているので、自動コントラス
ト制御装置はすべての振幅に一様に影響を及ぼす。その
結果、中間範囲の振幅と高振幅は減じられる傾向があり
、その結果、画像の主観的輝度が低下する。白色−伸長
処理ユニット１３６は以下のようにして、この作用を打
消す。

白色−伸長処理ユニット１３６に用いる制御信号（電圧
）ｖｃ＾は、以下に述べるルミナンスを表わす信号の平
均値に応答して得られる。平均の画像輝度が低い時、制
御信号ｖＣＡは白色−伸長処理ユニット１３６の非直線
性の度合を増加させる（■Ｃ２については第１Ａ図を参
照）。その結果、ルミナンス信号の中間範囲の振幅は高
振幅レベルに比べて増大する。小さい画像領域に相当す
る白方向のピークは平均レベルに著しい影響を及ぼさな
いので、中間範囲の振幅を更に減じる傾向がある、過大
な白方向ピークに応答する自動的なコントラストの低下
は、中間範囲の振幅に供給される白色伸長利得の増加に
より補償される。このようにして、スポットの焦点ぼけ
、並びに表示ドライバおよび螢光体の飽和は最小限度に
減少されると共に、主観的に鮮明で明るい画像が得られ
る。

前に述べたように、コントラストおよび白色伸長を自動
的に制御するためには、コントラストや輝度のような画
像特性を調節してから、再生画像のルミナンス成分を表
わす信号のピーク値と平均値をそれぞれ検出するのが望
ましく、その結果、それぞれの制御信号は再生画像の内
容を適正に反映する。（株）東芝から市販されて入手可
能なＴＡ７７３０ルミナンス処理ＩＣは出力端子におい
て、コントラストと輝度が制御されたｒＳｇ、ｂの色信
号を合成することにより得られるルミナンスを表わす信
号を供給する。都合の悪いことに、コントラストおよび
輝度制御処理を反映する、ルミナンスまたはルミナンス
を表わす信号は、第１図でＩＣ１５４に関して示すよう
に、バルボ（Ｖｔｌマ０）から入手できるＴＤＡ４５８
０のような他のｔＣによっては供給されない。

１９８９年８月２５日にラゴーニ（ＬｓｇＯ＊ｉ）氏に
より出願番号第３９８８４９号として出願された、「テ
レビジョン・システム用制御信号発生器」という名称の
米国特許出願が特に関係している制御信号発生器１４０
はこの問題に向けられている。

制御信号発生器１４０はＩＣ１５４のそれぞれの出力端
子で生成される「、ｇＳｂの色信号を結合して、処理済
みルミナンス情報を、少なくとも大体表わす信号を発生
する。しかし、この結果得られる“合計ルミナンス”信
号は合成されるｒＳｇｓｂの信号の中に含まれている高
レベル（例えば、ＩＲＥ−１００〜−１６０の範囲にあ
る）のりトレース消去パルスに相当するパルスを含んで
おり、ＴＡ７７３０１Ｃにより生成される合計ルミナン
ス信号とは異なる。ＴＡ７７３０１Ｃでは、リトレース
消去パルスが加えられる前にｒｓｇｓｂの信号が合成さ
れる。合計ルミナンス信号の中に含まれているパルスは
黒レベルよりもかなり下へ伸びており、従って平均値（
および最高最低値）に相当に影響を及ぼす。従って、合
計信号の平均値を検出することにより得られる制御信号
は再生画像の輝度を正確に表わさない。制御信号発生器
１４０はこの問題点を処理する手段も備えている。

特に、制御信号発生器１４０に関して、ＩＣｌ３４のそ
れぞれの出力端子で生成されるｒｓｇｓｂの色信号は抵
抗器１７１．１７３．１７５から威る抵抗性合成器によ
り合計される。その結果生じる合計信号は、抵抗器１７
１．１７３．１７５の共通接続点で生成され、エミッタ
ーホロワ増幅器１７７のベースに接続される。出力信号
はエミツタ−ホロワ１７７の低インピーダンスのエミッ
タ出力部の負荷抵抗１７９の両端に発生する。

供給電圧源（ｖｃｃ）とエミッターホロワ１７７の間に
接続される抵抗器１８１はエミッターホロワ１７７の導
通閾値を上昇させるので、実質的に、黒レベルよりも上
の白方向の合計信号の全体がエミッタ出力部に発生され
るが、’ｚｇｓｂの色信号ノリトレース消去パルスに相
当するパルスハ除去される。従って、エミッタに供給さ
れるバイアスが増加するので、検出される平均値と、結
果として得られる白色−伸長制御信号ｖｃＡは、再生画
像の平均ルミナンス成分を表わすものとして比較的信頼
できる。

抵抗器１７１，１７３および１７５はルミナンス信号を
正確に生成するために良く知られたルミナンス・マトリ
ックス等式に従って配分させることができるが、白色〜
伸長処理制御に適する処理済みルミナンスを表わす成分
を発生するのに、１：１＝１の比率が実際上充分である
ことが判明している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号を第１の利得で線形的に増幅して線形信
   号を発生する第１の増幅器と、 前記入力信号の第１の振幅領域においては第２の利得で
   、また前記入力信号の第２の振幅領域においては前記第
   ２の利得とは異なる第３の利得で前記入力信号を非線形
   的に増幅して非線形信号を発生する第２の増幅器と、 前記第１および第２の増幅器に結合され、制御信号に応
   答して前記線形信号と前記非線形信号とを制御可能に合
   成し、制御可能な非線形伝達特性を有する出力信号を発
   生する信号合成器とを含み、制御可能な非線形伝達特性
   を発生する信号処理装置。