KR0170353B1 - 비디오 신호에 대한 잡음 영향을 감소시키는 비디오 신호 처리시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따라 송신된 비디오 신호에 미치는 송신 채널 잡음의 영향을 감소시키는 비디오 신호 처리 시스템에 있어서, 이 시스템은 송신할 출력 신호를 제공하기 위해서, 주어진 전달 함수에 따라 비디오 신호 진폭을 압축하는 진폭 압축기 수단(12)과; 상기 진폭 압축기 수단으로부터의 상기 출력 신호에 응답하여 이전의 비디오 신호 샘플의 크기의 함수로서 예측 신호를 생성하는 예측 수단(15)으로서, 상기 주어진 전달 함수의 실질적인 역전달 함수를 가지고 있는 진폭 신장기 수단(16)을 포함하고 있는 예측 수단(15)과; 입력 비디오 신호와 상기 예측 신호간의 크기의 차를 지시해 주는 차신호를 상기 진폭 압축기 수단의 입력측에 제공하는 수단(10)을 구비하고 있다.

Description

비디오 신호에 대한 잡음 영향을 감소시키는 비디오 신호 처리 시스템

일반적으로, 신호 잡음을 일으킬 소자가 많은 채널을 통해서 텔레비젼 신호와 같은 비디오 신호를 송신할 때에는, 채널 잡음으로 인한 비디오 신호의 신호대 잡음비 및 재생된 화상의 질의 열화를 어떻게 막을 것인지에 대해 고려해야 한다. 압신은 잡음 환경에서 전달되는 비디오 신호의 질을 개선하기 위한 한가지 방법이다. 압신시에는, 비디오 신호의 진폭이 송신기측에서 압축되며, 이에 따라 신호의 평균대 피크 전력비가 커져서 잡음에 대한 면역성이 강해진다. 상기 비디오 신호는 송신기 압축 함수의 역전달 함수를 가지고 있는 수신기측에서 진폭 신장되며, 이에 따라 원래의 비디오 신호 진폭 분포가 복원되어 디스플레이하기에 적합한 신호가 얻어진다. 상기 송신기측에서 비선형 압축이 수행될 때, 상기 신호는 소신호신장과 대신호 압축의 조합에 의해서 수정된다. 상보적인 기능이 상기 수신기측에서 수행된다.

송신기측에서 비선형 진폭 압축에 의해서 원하지 않는 대역외(out-of-band) 고주파 신호 성분, 예컨대 텔레비젼형 비디오 신호인 경우에 4.2MHz 이상의 고주파 성분이 생길 수 있다. 이러한 원하지 않는 고주파 성분은 송신기 출력측의 저역 통과 필터에 의해서 제거될 수 있다. 하지만, 이와 같은 저역 통과 필터에 의해서 원하지 않는 신호 왜곡이 생기며, 이 왜곡은 상기 수신기측에서의 진폭 신장 후에 상기 수신기측에서 비디오 신호의 질과 상충될 수 있다.

본 발명에 따른 시스템은 양호한 신호대 잡음 특성을 유지하면서 위에서 언급한 형태의 비디오 신호 왜곡을 보상해 주기 위한 것이다. 이 보상은 압신 기능을 가진 수신기 부분(즉, 진폭 신장기)을 포함해서 수신기의 주어진 부분의 모델을 상기 송신기내에 포함시킴으로써 달성된다. 따라서, 상기 송신기는 수신기측에서 처리되는 비디오 신호의 특성에 관한 정보를 액세스할 수 있다. 본 발명에 따른 시스템에서, 송신된 신호는 송신기 입력 신호와 상기 수신기측에서 수신된 신호의 추정 신호 또는 예측 신호간의 차이를 나타내는 신호이다. 이 신호는 예측이 양호한 경우에는 작아지며, 따라서 상기 송신기에서의 압신 이득을 통해 잡음 면역성이 개선된다.

본 발명은 압신(companding) 및 예측 신호 처리를 이용하여 비디오 신호 잡음을 감소시키는 시스템에 관한 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 장치의 송신기 인코더부의 블록도.

제2도는 본 발명에 따른 장치의 수신기 디코더부의 블록도.

제3도는 본 발명에 따른 장치를 포함하고 있는 와이드스크린 텔레비젼 신호 처리 시스템의 송신기부의 블록도.

제4도는 본 발명에 따른 장치를 이용한 와이드스크린 텔레비젼 수상기부의 블록도.

제1도의 송신기 장치에서, 입력 비디오 신호는 신호 감산기(10)의 일측 입력에 인가되고, 이 신호 감산기(10)의 타측 입력에는 후술되는 신호 예측기 네트워크(15)로부터의 신호가 입력된다. 상기 신호 감산기(10)로부터의 출력 차신호(DIFF)는 블록(12)으로 나타낸, 비선형 전달 함수를 가지고 있는 진폭 압축기(12)에 의해서 비선형 진폭 압축된다. 이 진폭 압축기(12)는 주어진 진폭 임계치보다 큰 진폭을 가진 대신호를 진폭 압축하고 소진폭 신호를 신장(증폭)한다. 진폭 압축기(12)는 수신기측에서 상보적 전달 함수를 가진 진폭 신장기와 함께 압신 시스템의 구성 요소를 구성하고 있다.

진폭 압축기(12)의 비선형 전달 특성은 이 예에서 비디오 신호 대역의 상한치인 4.2MHz 이상으로 확장된, 원하지 않는 고주파 성분(예컨대, 고조파)을 발생할 수 있다. 이들 대역외 고주파 성분이 저역 통과 필터(14)에 의해서 필터링된 후에, 신호를 열화시키는 잡음을 포함하고 있을 가능성이 있는 채널을 통해 출력 신호가 송신된다. 하지만, 저역 통과 필터(14)에 의해서 원하지 않는 신호 왜곡이 생길 가능성이 있다. 이미지 움직임의 경우에 특히 일어날 수 있는, 압축 기능과 신장 기능간의 불일치와 관련된 왜곡 이외에 상기 필터 왜곡도 예측기 네트워크(15)와의 협력으로 감소 또는 제거된다.

예측기(15)는 제1도의 장치에 의해서 송신된 신호를 수신하는 수신기내에서 찾아 볼 수 있는 진폭 신장기 및 예측기 네트워크의 복제 회로이다. 먼저, 제2도를 참조하면, 상기 송신기측에서 비선형적으로 진폭 압축된 상기 수신 입력 신호가 진폭 신장기(216)에 의해서 송신기 비선형 전달 함수의 역으로 진폭 신장된다. 송신기측의 진폭 압축기(12)와 같이 상기 진폭 신장기(216)는 순간적인(instantaneous) 전달 함수를 제공하고, ROM 룩업 테이블의 형태로 구현될 수도 있다.

제2도의 나머지 구성은 가산기(218), 픽셀 기억 지연 소자(220) 및 A의 신호 이득을 가진 증폭기(222)를 포함하고 있는 무한 임펄스 응답(IIR) 필터이며, 이들은 도시된 바와 같이 배열되어 있다. 예컨대, 상기 지연 소자(220)는 프레임 간격을 두고 있는 텔레비젼 비디오 정보가 통상적으로 매우 순간적인 상관 관계를 가지고 있기 때문에 텔레비젼형 정보를 처리할 때에는 프레임 지연 소자가 된다. 지연기(220)와 증폭기(222)는 이 증폭기(222)의 출력측에서 예측 신호를 발생한다. 지연기(220)로부터의 프레임 지연 신호인 경우에, 증폭기(222)의 출력측의 예측 신호는 단순히 1보다 작은 증촉 인자(A)(예컨대, 0.75)에 의해서 스케일링된 이전의 프레임으로부터의 동일한 이미지 픽셀이다. 예측 처리는 또한 다수의 필드로부터의 다수의 픽셀 기능을 포함하고 있을 수도 있다. 이 예에에서 스케일링 인자(A)는 Q보다 작으며, 이에 따라 감쇠없이, 소자(218,220,222)를 포함하고 있는 루프 주위에서 매번 인자(A) 만큼 감쇠되게 한다. 상기 수신기에서 추가적으로 비디오 처리되는 출력 신호가 진폭 신장기(216)로부터의 비선형적으로 진폭 신장된 신호와 증폭기(222)로부터의 예측 신호를 합산함으로써 형성된다.

제1도를 다시 참조하면, 예측기(15)의 출력측으로부터 예측 신호는 인자(A)에 의해서 스케일링된 상기 지연된 수신기 출력 신호의 추정치를 나타낸다. 구성 요소(10)는 상기 입력 신호로부터 상기 예측 신호를 감산하여 차신호를 생성하며, 이때 상기 차신호는 송신될 출력 신호를 생성하기 위하여 구성 요소(12,14)에 의해서 처리된다.

제1도의 송신기 장치에서 상기 차신호는 입력 신호와 예측 신호간의 차이다. 가산기(18)의 출력은 상기 수신기의 출력의 모델이다. 수신기의 출력측의 신호는 상기 송신기 입력측에 인가된 신호와 유사함을 알 수 있다. 상기 송신기측의 감산기(10)에 의해서 발생된 차신호가 작은 경우에는(양호한 예측을 나타냄), 비선형 진폭 압축기(12)는 상기 차신호를 증폭시키게 되며, 이에 따라 송신 전에 신호대 잡음 특성이 양호하게 개선될 수 있다.

4.2MHz 휘도 신호에 대해서 동작하는 본 발명의 시스템에서는, 0.75의 스케일링 인자(A)와 11의 압선 파라미터(μ)를 가진 μ-로우(law) 압신기를 가지고 2.7db의 잡음 감소가 관찰되었다. 0.90의 A와 40의 μ에 대해서 4.1db의 잡음 감소가 관찰되었다.

제3도에는 예컨대 5:3 와이드 종횡비 신호를 처리하기 위한 호환성이 있는 와이드스크린 텔레비젼 시스템의 인코더의 블록도가 도시되어 있으며, 제1도에 도시된 형태의 압축 및 예측 네트워크가 포함되어 있다. 이 네트워크를 제외한 제3도의 시스템은 스트롤(strolle) 등의 명의의 미합중국 특허 제4,816,899호에 상세히 설명되어 있다.

제3도에서, 와이드스크린 텔레비젼 신호 발생원(310)은 디지털 형태의 와이드스크린 텔레비젼 칼라 비디오 성분(Y(휘도)와, I, Q(색차))을 제공한다. 와이드스크린 신호 발생원(310)은 매트릭스 회로, 아날로그/디지털 변환기 회로 및 저역 통과 필터 회로를 포함하고 있다. 와이드스크린 신호 발생원(310)으로부터의 신호는 측-중앙 패널(side-center panel) 신호 분리기 및 처리기(318)에 의해서 처리되며, 이에 따라 3개의 그룹의 출력 신호, 즉, YE, IE, QE; YO, IO, QO; YH, IH, QH가 생성된다. 이 신호 그룹중에서 첫 번째 두 그룹(YE, IE, QE; YO, IO, QO)은 각각 중앙 패널 성분과, 수평 영역과 주사 영역으로 시간 압축된 측 패널 저주파 휘도 정보(휘도가 낮음)를 포함하고 있는 신호를 각각 발생하도록 처리된다. 세 번째 그룹의 신호(YH, IH, QH)는 측 패널 고주파 정보를 포함하고 있는 신호(측 패널 고주파 신호)를 발생하기 위해서 처리된다. 중앙 및 측 패널 신호 성분이 결국 조합되면, 4:3 디스플레이 종횡비를 가지고 있는 NTSC 호환성 와이드스크린 신호가 생성된다. 신호(YO, IO, QO)는 측 패널 고주파 정보를 제외한 저주파 측 패널 정보를 제공하며, 이때 저주파 측 패널 정보는 좌우 수평 과주사 영역에 삽입된다. 신호(YO, IO, QO)는 측-중앙 신호 결합기(382)에 의해서, 예컨대 타임 멀티플렉서에 의해서 신호(YE, IE, QE)와 조합되기 전에 블럭(332)내의 (제1도의 도시된 형태의) 진폭 압축 및 예측 네트워크에 의해서 개별적으로 처리된다. 결합기(328)는 표준 4:3 이미지 종횡비를 가지고 있는 신호(YN, IN, QN)를 생성한다.

신호 처리기 및 NTSC 인코더(336)는 중앙 패널 정보, 및 수평 과주사 영역에 압축된 측 패널 저주파 정보를 포함하고 있는 NTSC 호환성 복합출력 신호(C/니)를 발생하기 위해서 신호(YN, IN, QN)를 처리한다. 이 신호 처리기 및 NTSC 인코더(336)는 휘도 및 색도 필터, 색도 변조기, 휘도 및 색도 정보를 인코딩하기 위한 종래의 NTSC 인코팅 회로를 포함하고 있다.

측 패널 고주파 정보(YH, IH, QH)은 시간 신장기(321)에 의해서 시간 신장된 후 측 패널 고주파 신호 처리기(343)에 의해서 추가적으로 처리된다. 이 처리기(343)에서 측 패널 고주파 신호는 필드비(field rate)로 바전되는 위상을 가진 보조 억제 부반송파를 변조한다. 변조된 부반송파는 진폭 압축과 대역 통과 필터링되며, 이에 따라 측 패널 고주파 신호(SH)가 발생된다. 이 신호는 결합기(340)에서 신호(C/SL)와 조합되며, 이에 따라 와이드 스크린 호환성 신호(NTSC)가 발생된다. 신호(NTSC)는 디지털/아날로그 변환기(DAC)(354)에 의해서 아날로그 형태로 변환된 후에, 안테나(356)를 통해 송출하기 위해서 RF 변조기와 송신기 네트워크(355)측에 인가된다.

진폭 압축 및 예측 네트워크(322)는 이미지 선명도가 개선된 스트롤 등의 특허에 기재된 상술된 와이드스크린 인코터 시스템에서 유사하게 위치될 수 있다.

그러한 향상된 선명도 시스템은 발명의 명칭이 보조 신호 인코팅 정보를 압신하는 호환성 텔레비젼 시스템인 제이.에스.퍼브리(J. S. Fubrer) 명의의 미합중국 특허 제4,855,824호에 설명되어 있다.

제4도에는 제3도의 송신기 인코더에 의해서 발생된 호환성 와이드스크린 텔레비젼 신호에 대한 와이드스크린 수상기 디코더의 블록도가 도시되어 있다. 신장 및 예측 네트워크(442)를 제외하고 위에서 설명한 스트롤 등의 특허에 제4도의 시스템에 대해서 상세히 설명되어 있다.

송신된 호환성 와이드스크린 신호는 신호(YN, IN, QN) 및 측 패널고주파 신호(SH)를 생성하기 위해서, 안테나(410)에 의해서 수신되고 입력 복조 및 신호 처리 유닛(422)에 의해서 복조된다. 복조 및 신호 처리기(422)는 신호(SH)를 복원하는 필터링 및 진폭 신장 네트워크와, 신호(YN, IN QN)를 복원하는 신호 결합, 필터링 및 색도 복조 네트워크를 포함하고 있다. 측 패널 고주파 신호 처리기(454)는 측 패널 고주파 신호(SH)에 응답하여 신호(YH, IH, QH)를 생성한다. 처리기(454)에서는 보조 부반송파가 복조되고, 휘도 및 색도 측 패널 고주파 성분이 분리되며, 그리고 휘도 측 패널 고주파 성분이 측 패널 고주파 신호 성분(YH, IH, QH)는 측-중앙 분리기(디멀티플렉서)(440)에 의해서 저주파 측 패널 성분(YO, IO, QO)과 중앙 패널 성분(YE, IE, QE)으로 분리된다. 신호 성분(YE, IE, QE)는 지정된 중앙 패널 표시 영역을 점유하기 위해서 시간 압축기(444)에 의해서 시간 압축된다. 성분(YO, IO, QO)는 진폭 신장 및 예측 네트워크(442)에서 진폭 신장 및 예측 신호 처리된 후에, 상기 지정된 측 패널 표시 영역을 점유하기 위해서 시간 신장기(445)에 의해서 시간 신장된다. 진폭 신장 및 예측 네트워크(442)는 성분(YO, IO, QO)를 각각 처리하기 위한, 제2도에 도시된 형태의 회로를 포함하고 있다.

시간 신장기(445)로부터의 측 패널 저주파 신호와 측 패널 고주파 신호 처리기(454)로부터의 측 패널 고주파 신호는 결합기(446)에서 조합되며, 이에 따라 측 패널 휘도 및 색도 신호(YS, IS, QS)가 생성된다. 재구성된 측 패널 신호(YS, IS, QS)는 스플라이서(460)에 의해서 시간 압축기(444)로부터의 재구성된 중앙 패널 신호(YC, IC, QC)로 스플라이스되며, 이에 따라 성분(Y, I,Q)을 포함하고 있는, 완전히 재구성된 와이드스크린 신호가 형성된다.

와이드스크린 신호(Y, I, Q)는 디지털/아날로그 변환기(DAC)(462)에 의해서 아날로그 형태로 변환된 후에, 비디오 신호 처리기 및 매트릭스 증폭기(464)측에 인가된다. 이 매트릭스 증폭기(464)의 비디오 신호 처리기 구성 요소는 신호 증폭, DC 레벨 시프팅, 피킹(Peaking), 휘도 조절, 콘트라스트 조절 및 종래 특성의 기타 다른 비디오 신호 처리 회로를 포함하고 있다. 상기 매트릭스 증폭기(464)는 휘도 신호(Y)와 색차신호(I,Q)를 조합하며, 이에 따라 칼라 이미지 표현 비디오 신호(R,G,B)가 생성된다. 이들 칼라 신호는 상기 매트릭스 증폭기(464)의 디스플레이 구동기 증폭기에 의해서 와이드스크린 칼라 이미지 디스플레이 장치(470), 예컨대 와이드스크린 키네스코우프(kinescope)를 직접 구동하는데에 적합한 레벨까지 증폭된다.

위에서 설명한 바와 같이, 제3도의 인코더 장치는 저주파 측 패널 정보를 시간 압축된 형태로 인코딩한다. 예시적으로, DC에서부터 700KHz가지의 휘도 정보는 대략 6:1로 시간 압축되며, 이에 따라 상기 측 패널 저주파 정보는 4.2HMz 대역폭을 점유하게 된다. 상기 수신기(제4도)는 위에서 언급한, 대응하는 시간 신장을 수행한다. 이 예에서와 같이 상기 시간 압축 처리에 의해서 원하는 주파수 대역(예컨대, 4.2MHz)의 상한치 또는 그 근처의 주파수를 가지고 있는 신호가 생성될 때, 상기 송신기에서의 비선형 진폭 압축 처리에 의해서 원하지 않는 대역의 주파수가 발생될 가능성이 있다.

시간 압축 및 신장 때문에, 상기 측 패널 저주파 성분은 중앙 패널 정보의 동일 주파수 대역보다 훨씬 많은, 잡음이 있는 채널 상태하에서의 잡음 에너지를 포함하고 있다. 이 상태는 디스플레이된 중앙 패널 이미지와 측 패널 이미지간의 잡음차로부터 명백하다. 특히, 측 패널 이미지는 상기 중앙 패널 이미지의 보다 넓은 대역폭 잡음과 대조를 이루는 수평 줄무늬의 저주파 잡음을 가지고 있으며, 이는 매우 바람직하지 않다. 그러므로, 특히 대략 35db 이하의 신호대 잡음비를 가지고 있는 송신 채널의 경우에 측 패널 정보는 중앙 패널 정보와는 시각적으로 다르게 나타난다. 따라서, 제1도 및 제2도의 장치는 시간 압축된 측 패널 저주파 정보의 신호대 잡음 특성을 개선하는데에 유리하게 사용된다. 또한, 본 발명의 장치는 제3도의 송신기 시스템에서 장치(318)와 시간 압축기(320)사이에 설치될 수 있으며, 이 경우에 제1도 장치의 출력 신호 경로는 휘도 저주파 압축비 6:1에 대해서 700KHz로 저역 통과 필터링되게 된다.

본 발명에 따른 신호 압신 및 예측 장치는 또한 제3도의 시간 신장기(321)로부터의 시간 신장된 측 패널 고주파 신호(성분(YH, IH, QH)를 처리하는데에 사용될 수도 있다. 이점에 있어서, 위에서 설명된 제3도 시스템에서 상기 시간 신장기(321)에 의한 시간 신장으로 인해 상기 측 패널 고주파 정보의 신호대 잡음비가 개선된다. 하지만, 이 개선은 측 패널 고주파 신호 처리기(343)에 의해서 상기 측 패널 고주파 변조 보조 부반송파에 대해 행해진 진폭 감쇠와 상충되며, 이에 따라 표준 4:3 종횡비를 가지고 있는 표준 텔레비젼 수상기에 의해서 상기 와이드스크린 텔레비젼 신호가 수신될 때 상기 변조된 부반송파가 시각적으로 약해지게 된다. 본 발명에 따른 잡음 감소 장치는 특정 시스템의 요건에 따라 상기 측 패널 고주파 정보의 잡음 면역성을 개선하는데에 사용될 수 있다.

Claims (8)

1. 송신된 비디오 신호에 미치는 송신 채널 잡음의 영향을 감소시키는 비디오 신호 처리 시스템에 있어서, 송신할 출력 신호를 제공하기 위해서, 주어진 전달 함수에 따라 비디오 신호의 진폭을 압축하는 진폭 압축기 수단(12)과; 상기 진폭 압축기 수단으로부터의 상기 출력 신호에 응답하여 이전의 비디오 신호 샘플의 크기의 함수로서 예측 신호를 생성하는 예측 수단(15)으로서, 상기 주어진 전달 함수의 실질적인 역전달 함수를 가지고 있는 진폭 신장기 수단(16)을 포함하고 있는 예측 수단(15)과; 입력 비디오 신호와 상기 예측 신호간의 크기의 차를 지시해 주는 차신호를 상기 진폭 압축기 수단의 입력측에 제공하는 수단(10)을 구비하고 있는 비디오 신호 처리 시스템.
2. 제1항의 비디오 신호 처리 시스템에 의해서 송신된 신호는 수신하는 장치에 있어서, 상기 송신된 신호를 수신하는 수신기 진폭 신장기 수단으로서, 상기 주어진 전달 함수의 실질적인 역전달 함수를 가지고 있는 수신기 진폭 신장기 수단과; 상기 수신기 진폭 신장기 수단으로부터의 출력 신호를 수신하기 위한 제1입력, 제2입력, 출력을 가지고 있는 결합 수단과; 상기 결합 수단의 상기 출력측으로부터의 신호에 응답하여, 이전의 비디오 신호 샘플의 크기의 함수로서 예측 신호를 생성하는 예측 수단과; 상기 예측 신호를 상기 결합 수단의 상기 제2입력측에 제공하는 수단을 구비하고 있는 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 예측 수단이 신호 감쇠 수단; 및 비디오 신호 정보에 실질적으로 상관 관계가 있는 기간 동안에 신호를 지연시키는 수단을 포함하고 있는 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 진폭 압축기 수단이 작은 진폭 신호는 신장하고 큰 진폭 신호는 압축하는 비선형 전달 함수를 나타내는 비디오 신호 처리 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 진폭 압축기 수단으로부터의 출력 신호를 필터링하는 수단을 더 구비하고 있고, 상기 예측 수단은 상기 필터링하는 수단에 의해서 필터링된 후에 상기 진폭 압축기 수단으로부터의 출력 신호에 응답하는 비디오 신호 처리 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 예측 수단이, 상기 진폭 신장기 수단의 이벽에 대응하는 입력 노드, 및 상기 차신호 제공 수단에 접속되어 있는 출력 노드와, 상기 진폭 압축기 수단으로부터의 신호를 수신하기 위한 제1입력, 제2입력, 및 출력을 가지고 있는 결합 수단과; 상기 결합 수단의 상기 출력으로부터의 신호의 감쇠된 시간 지연 시노를 상기 결합 수단의 상기 출력 노드에 그리고 상기 제2입력에 제공하는 변환 수단을 구비하고 있는 비디오 신호 처리 시스템.
7. 제6항에 있어서, 상기 변환 수단이 비디오 신호 정보에 실질적으로 상관 관계가 있는 기간 동안에 신호를 지연시키는 수단을 포함하고 있는 비디오 신호 처리 시스템.
8. 제6항에 있어서, 상기 지연 수단이 이미지 프레임 지연 기간을 나타내는 비디오 신호 처리 시스템.