KR100196983B1 - 비선형 비디오 신호 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

비선형 비디오 신호 처리 시스템은 거의 블랙한 영상 디테일의 렌디션(rendition)을 개선하기 위한 감마 보정을 제공한다. 추가하여, 영상 명도는 휘도 및 밝은 영상 영역에서 증가된 디테일 신호 컨트래스트를 제공한 주파수 디펜던트(dependent)향상 회로를 사용하여 개선된다. 각 색 채널에서, 각 색 신호(R,G,B)는 저 레벨 진폭 신호부(V2) 및 보다 높은 레벨 진폭 신호부(V3)로 점진적으로 분할(18)된다. 보다 높은 레벨 진폭부(V3)는 고역 주파수 필터화(20)된다. 저 레벨 신호부(V2) 및 고역 필터화된 보다 높은 진폭 신호부(V4)는 키네스코우프(12)에 연결된 결합 신호(i5)를 발생시키는 최초의 선형 비디오 신호(V, 또는 R)에 가산(R1,R2,R4)된다. 저 레벨 신호부(V2)는 선형 신호(V1)에 DC 결합(R2)되고, 고 레벨 신호부는 선형 신호(V1)에 AC 결합(C2)된다.

Description

비선형 비디오 신호 처리 장치
제1도는 전송기, 텔레비젼 수신기 및 전송기 및 수신기를 포함하는 전 텔레비젼 시스템의 종래 서술된 전달 특성을 도시한 도.
제2도는 제3도 및 4도 장치의 장점을 이해하는데 유용한 감마 보정시킨 램프 신호의 종래 서술된 그래픽 표시한 도.
제3도는 본 발명의 양상에 따라서 전형적인 장치를 표시한 블럭 선도.
제4도는 본 발명의 양상에 따라서 제3도 장치를 더욱 상세히 표시한 블럭선도.
제5도 및 6도는 제3도 및 4도 장치의 동작을 이해하는데 유용한 시간 및 주파수 도메인 파형을 각각 도시한 도.
제7도는 본 발명의 또다른 양상에 따라서 제4도 장치를 수행하는 회로의 상세한 개요도.
제8도는 본 발명의 또다른 양상에 따라서 제4도 장치를 수행하는 바람직한 회로의 상세한 개요도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 명도, 색도 처리기 12 : 비디오 출력 증폭기
18 : 신호 분할기 20 : 고주파 통과 필터
36 : AKB 회로
본 발명은 비선형 비디오 신호 처리에 관한 것이다.
제1도는 전송측의 전달 특성을 표시한 커브(1a), 수상관(CRT)의 전달 특성을 표시한 커브(1b) 및 전 전달 특성을 표시한 커브(1c)를 갖는 다양한 양상의 비디오 신호 전송 시스템의 감마를 도시한다.
NTSC, PAL 및 SECAM 텔레비젼(TV) 표준 규격의 전송 비디오 신호는 0.45 내지 0.5의 감마를 가지며, 반면에 칼라 텔레비젼(CTV) 수신기의 수상관은 2.8 내지 3.1의 감마를 갖는다. 그 결과로서, 전 전달 커브(카메라에 입사된 광-수상관에서 방사된 광)는 비선형이며 그래서 전 감마는 1(unity)의 감마 대신에 실제 약 1.35이다. 이것은 수상관의 지수 함수 전달 특성이 완전히 보상되지 않은 것을 의미하며, 디스플레이의 어두운 영상부를 컴프레션(compression)하도록 이끈다. 그러한 컴프레션은 거의 블랙 영상을 상실시키고 어두운 색 면적을 사라지도록 한다. 동시에, 화이트는 종종 수상관이 포화도 및 블루밍에 도달하는 점에서 암부와 관계하여 과도하게 증폭된다. 전 선형 전달 특성은 이 블랙 컴프레션을 피하고 텔레비젼 수신기의 각 빨,녹 및 청색(R,G 및 B) 증폭기에서 0.8의 추가적인 감마 보정에 의하여 얻어진다. 그러나, 수상관은 블루밍을 초래하는 수상관의 포화도에 돌달하지 않고 확대될 수 없는 비교적 적은 동적 범위의 광 출력을 갖는다. 그러므로, 어두운 화상 면적의 증폭을 증대시키는 감마 보정은 고 신호 레벨 화이트의 시놓 컴프레션을 초래한다. 이것은 감마 보정된 램프(ramp)신호를 도시한 제2a도에 의해서 설명된다. 피크 화이트는 보정되지 않은 경우에서 처럼 동일한 레벨에서 유지되어야 만 하며, 점선은 수상관 블루밍을 피하기 위하여 유지되어야만 하는 선이다. 결과적으로, 램프 신호의 상부는 제2b도에 도시된 것처럼 감소되는 기울기를 갖는다. 시청자는 엷은 영상을 일으키는 그레이 내지 화이트 영상에서 컨트래스트의 부족으로 인해 이것을 인지한다. 그러한 결과로, 화상의 저 휘도부 컨트래스트의 개선은 고 휘도 컨트래스트가 열화(deterior ation)하므로서 얻어진다.
본 발명의 양상에 따라서, 화상의 인지된 컨트래스트는 비디오 신호의 비선형 처리에 의하여 개선된다. 특히, 비디오 신호는 각 신호부의 비선형 처리를 분할하기 위하여 저 레벨 진폭 신호부(거의 블랙) 및 보다 높은 레벨 진폭 신호부(거의 화이트)로 분할된다. 저 레벨 진폭 신호부는 빈선형적으로 처리되고 최초 선형 신호와 결합된다. 본 발명의 양상에 따라서 보다 높은 레벨 진폭 신호부는 비선형적으로 처리되고 고주파 통과 필터가 되고 최초 선형 신호와 결합된다. 본 발명의 양상에 따라서, 비선형적으로 처리된 저 레벨 진폭 신호부 및 비선형적으로 처리되고 고주파 통과 필터인 고 레벨 진폭 신호부는 최초 선형 신호와 결합되어서, 그레이 내지 화이트 영상 영역에서 향상된 디테일 신호 컨트래스트를 갖는 감마 보정된 비디오 신호를 발생시킨다.
본 발명은 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도면에서, 대응한 소자에는 동일 참조 번호가 부여된다.
제3도는 칼라 텔레비젼 수신기의 명도-색도 처리기(10) 및 비디오 출력 증폭기(12) 사이에 결합된 주 장치를 표시한 블럭 선도를 도시한다. 유사한 장치가 녹색(G) 및 청색(B) 채널에서 사용되는 동안, 단지 빨강(R) 채널에 대한 장치가 도시된다. 처리기(10)의 R 출력신호는 짧은 수직선으로 표시되는 중첩된 디테일 신호(16)를 갖는 선형 램프(14)의 예에 의해 도시되어 있다. 디테일 신호(16)는 0.5MHz 보다 높은 주파수에서 비디오 신호이고 28인치 화면 크기의 칼라 텔레비젼 수신기상의 수평 방향에서 1.2cm보다 작은 영상 디테일에 대응한다.
R 신호는 비선형 또는 소프트 신호 분할기(18)에 연결되며, 상기 분할기는 신호를 점진적으로 저 레벨부(블랙 내지 그레이 영상 영역)와 고 레벨부(그레이 내지 화이트 영상 영역)로 분할한다. 고 레벨 신호부는 캐패시터 C를 포함하는 고주파 통과 필터(20)에 의하여 필터화된다. 저 레벨 신호는 가산기(22)에 DC결합된다. 고 레벨 신호의 고주파 통과 필터부는 캐패시터 C를 통하여 가산기(22)에 AC 결합된다. 최초의 R신호 즉 저 레벨 신호부 및 고주파 통과 필터인 고 레벨부는 가산기(22)에 의해 결합되므로서, 증폭기(12)에 결합된 출력 신호를 발생시킨다. R 신호에 저 레벨부(블랙 내지 그레이)의 추가는 감마 보정을 제공한다. 고주파 통과 필터부의 추가는 고 레벨(그레이 내지 화이트)비디오 디테일 신호의 컨트래스트 향상을 초래한다.
제4도는 제3도 장치를 더욱 상세히 도시한다. 제5도 및 6도의 파형은 제4도 장치 의 동작 설명을 돕는다. 파형 5a도는 계단파(15)로 이루어진 입력신호 V1및 2MHz에서 중첩된 디테일 신호(16)를 도시한다. 파형 5b 도 및 5c 도는 비선형 신호 분할기(18)에 의하여 수행된 소프트 신호 분리를 도시한다. V2의 차동(differential)진폭은 점진적으로 감소하고 V3의 차동 진폭은 점진적으로 증가한다는 것을 주목하자. V2및 V3의 합은 입력 전압 V1과 동일하다. 신호 분할의 주파수 응답은 제5a'도 내지 5c'도의 대응하는 주파수 응답 커브에 의해 도시된 것처럼 플랫(flat)하다. 비디오 출력 증폭기(12)는 각 레지스터 R1 및 R2를 경우한 전압 V1및 V2에 의해 구동되며, 여기서 R2 는 R1의 값과 동일한 값을 갖는다. V2의 감소하는 차동 진폭은 0.8의 감마에 대응하여 60으로부터 30까지 점진적으로 변화하는 비디오 출력 증폭기(12)의 이득을 표시한다. 이것은 V1및 V2의 합을 도시한 제6a도 및 6a'도에서 설명된다. 차등 진폭(컨트래스트)은 보다 높은 신호 레벨을 향하여 점진적으로 감소한다. 고 주파수 디테일 신호 V4는 고주파 통과 필터(20)를 거쳐서 통과한 V3에 의하여 구동된다. 출력 전압 및 V4의 주파수 응답은 제5d도 및 5d'도에 의해 설명된다. 전압 V4는 제6b도 및 6b'도에 도시된 신호 V1xV4를 발생시키는 비디오 증폭기(12)에 용량적으로(캐패시터 C2를 통해)결합된다. 디테일 신호의 6dB부스트(boost)는 비교적 저값을 결합한 레지스터 R4(값=R1/2)에 의해 얻어진다. 결합 캐패시터 C2는 어떠한 휘도 신호도(DC성분) 비디오 증폭기(12)의 입력에 가산되는 것을 막는다. 제6C도 및 6C'도는 반전된 증폭기(12) 출력 전압과 유사한 구동 전류 I5를 설명한다. 제6C도의 저 주파수 계단 신호는 제6a도의 계단신호와 유사하나 디테일 신호는 강하게 부스트되므로서, 밝은 영역에서 영상 디테일의 향상된 컨트래스트를 얻는다. 평균 빔 전류는 AC결합에 의해 뚜렷하게 증가하지는 않는다. 소량의 V3는 결합 캐패시터 C1 및 레지스터 R3(값=5R1)을 통하여 또한 가산되므로서, 큰 색 비포화도, 즉 밝은 영상 영역을 피한다.
제7도는 본 발명을 따른 전형적인 비선형 신호 처리기의 개요도를 도시한다. RGB처리기(10) 즉 네덜란드 필립스사등에 의해 제조된 집적회로 TDA3506은 레지스터(30)를 경유하여 비디오 출력 증폭기(12)를 구동한다. 피드백 레지스터(32)는 증폭기(12)의 이득을 규정한다. 수상관의 스팟 컷-오프 전압은 구동 전류 I5가 제로와 동일시되는 조건으로 레지스터(34)를 바이어스 하므로서 150 볼트로 설정된다. 이 조건은 충분한 CRT 그리드 No.2 조절(도시되지 않음)을 필요로 한다. 자동 키네스코우프 바이어싱(AKB) 회로(36)는 I5가 블랙 신호에 대해 제로이기 위해 처리기(10) 출력의 블랙 레벨을 설정한다. Q3의 바이어스 전류는 레지스터(30)를 통해 처리기(10)로 흐르고 V1에서 표시된 것처럼 2 볼트의 블랙 레벨을 야기시킨다.
트랜지스터 Q1은 1 이득 인버터 및 DC 레벨쉬프터이다. 이분 증폭기 Q2,Q3 및 Q4는 제5b도 및 5c도의 파형에 의해 도시된 것처럼 신호 분리를 제공한다. Q3 및 Q4의 베이스는 블랙 화상에 대응하는 신호에 대해 Q3는 도통중이고 Q4는 컷 오프하기 위해 바이어스 된다. 전류원 Q2는 전류 I2가 전압 V1을 갖는 위상이 되도록 신호를 변환한다.
증가 램프 전압 V1은 증폭기(12)에 구동 전류 I5를 가산하고 감마 보정을 발생하는 증가 램프 전류 I2를 발생시킨다. 전류 I2는 제5b도의 전압 V2와 같은 동일한 형태이다. Q2의 에미터 전압은 레지스터(38)을 경유하여 Q4의 베이스에 연결된다. 증가 전압 V1은 Q2의 에미터 전압을 감소시키고 Q4의 베이스 전압은 Q4가 도통을 시작할 때까지 감소한다. 결과로서, 제5c도의 전압 V3는 점진적으로 증가하고 V2의 기울기는 점진적으로 감소한다. 피드백 레지스터(40)는 제5b도 및 5c도 파형에 의해 도시된 것처럼 Q3내지 Q4사이 Q2의 콜렉터 전류의 원활한 전환을 제공한다. V1의 더욱 증가는 I2를 일정하게 유지시키고 V3를 V1과 동일한 비율로 증가시킨다. 이것은 레지스터(38,40,42)의 값에 기인해서 1의 이득을 갖는 Q4에 의해 얻어진다.
레지스터(42) 양단에 공급된 고 레벨 신호 V3에서 분할된 미디엄은 레지스터(44) 및 캐패시터(46)를 포함하는 고주파 통과 필터를 구동시키는 에미터 팔로워Q5에 공급된다. 소량의 V3신호는 캐패시터(48) 및 레지스터(50)를 경유하여 출력 증폭기(12)에 공급된다. 앞서 서술된 것처럼, 이 AC 결합된 대역폭 신호는 밝은 영상에서 색 포화도를 개선시키며, 만일 그렇지 않으면 감마 보정에 의해 야기된 신호 컴프레션에 기인해서 다소 비포화된다. 고 레벨 디테일 신호 전압 V4의 미디엄은 트랜지스터 Q6을 포함한 증폭기에 의해 증폭되므로서 6dB로 부스트된 디테일 신호를 얻는다. 디테일 신호는 캐패시터(54) 및 레지스터(54)를 경유하여 출력 증폭기(12)에 연결된다. 또한 서두에 서술된 것처럼, AC 결합의 장점은 평균 빔 전류 증가 및 블랙 레벨 변화 없이 명도(디테일의 컨트래스트)를 개선한다.
제8도는 신호원(10)으로서 TDA3552 집적 회로를 사용한 본 발명에 따라서 비선형 비디오 처리기의 바람직한 실시예의 회로 다이어그램을 도시한다. 상기 회로는 증폭기(12)로서 액티브-로드(active-load)비디오 출력 증폭기를 사용한다. 전압 피드백은 레지스터(64)를 경유하며 제공되므로서, 입력(66)에서 저 임피던스 서밍 포인트를 얻는다.
입력 에미터 팔로워 Q10은 비디오 전압 V에 대한 저 임피던스 소스로서 작동한다. 상이한 쌍 Q12, Q13는 비디오 전압 V1을 저 및 고 휘도 신호 I2및 V3로 분할한다. 트랜지스터 Q12는 매우 낮은 화상 휘도에 대응하는 신호 레벨에서 완전히 도통한다.
따라서, 레지스터(68 및 70)는 출력 증폭기(12)가 60의 이득을 발생시키도록 병렬로 연결된다. 이 회로의 신호분할은 제4도에 도시된 전압 V2대신에 구동 전류 I2를 발생시킨다.
트랜지스터 Q12는 V1이 증가할 때 작아지며, 30의 이득은 트랜지스터 Q12가 컷 오프될 때 도달된다. I2에 의해 일어난 것처럼 출력 증폭기 이득의 점진적인 변화는 바람직한 감마 보정을 발생시킨다. 트랜지스터 Q13은 트랜지스터 Q12가 미디엄 휘도 신호 레벨에서 컷 오프를 시작하기 전 도통을 시작하고 콜렉터에서 전압 V3를 발생시킨다. 전압 V3는 그레이 및 피크 화이트 사이에서 휘도 레벨을 포함한 영상 정보를 표시한다.
신호 전압 V3는 레지스터(72) 및 캐패시터(74) 를 포함한 고주파 통과 필터를 구동시키는 에미터 팔로워 Q14에 인가된다. 이 고주파 통과 필터는 컨트래스트 항상에 사용된 그레이 내지 화이트 영역 디테일 신호에 대응하는 신호 V4를 분할한다. 신호 V4는 트랜지스터 Q15에 의해 증폭되므로서, 캐패시터(82) 및 레지스터(84)를 경유하여 증폭기(12)에 연결된 디테일 신호를 발생시킨다. 서두에서 언급된 것처럼, 소량의 V3신호는 캐패시터(76) 및 레지스터(79)를 경유하여 출력 증폭기(12)에 직접적으로 AC 공급된다.
트랜지스터 Q12 및 Q13 의 베이스는 다이오드 D1 및 D2에 의해 확립되어 고정된 상대 포텐셜에서 바이어스 된다. 레지스터(78)는 트랜지스터 Q13을 통해 0.3mA의 정동작 전류를 발생시키고 트랜지스터 Q13가 그레이 레벨에서 신호 피크에 의해 컷 오프되는 것을 막는다.
수상관(도시되지 않음)의 스팟 컷 오프 전압은 3.5볼트의 트랜지스터 Q10의 에미터에서 블랙 레벨 전압을 설정하나 CRT의 그리드 No.2 전압을 적당히 조정하므로서 캐소드(8)에 대략 160V로 설정된다.
본 회로는 트랙킹(tracking)에러를 피하기 위한 RGB채널 사이에서 얼라인먼트(alignment)를 필요로 하지 않는다. 이것은 점진적인 신호 분할에 기인한다.
본 장치는 사람의 눈이 큰 영역에 걸쳐서 확장하는 컨트래스트 변화에 무딘 것과는 달리, 작은 영상 영역에서 컨트래스트 변화에 더욱 민감하다는 사실을 이용한 것이다. 고 휘도에서 미디엄의 영상 디테일에 의해 발생된 주파수는 부스트되고 주 비디오 신호에 AC연결된다. 이것은 평균 빔 전류를 증가시키지 않고 명도의 뚜렷한 개선을 초래한다. AC 결합은 소위 디테일 컨트래스트를 단지 증가시키며, 반면에 DC 휘도 신호 및 큰 영역 컨트래스트는 영향을 받지 않는다. 수상관은 수상관 블루밍이 발생하기 전 큰 영역 신호 동안의 빔 전류보다 작은 영역 디테일 동안의 보다 높은 빔 전류로 구동될 수 있다. 명도의 개선은 매우 큰 수상관을 갖는 것이 특히 중요하며, 매우 큰 수상관은 보다 작은 수상관 보다 디머(dimmer)및 약한 컨트래스트가 나타나는데 왜냐하면 큰 수상관은 건,섀도우 마스크 및 포스퍼에 의해 영상이 훨씬 큰 영역에 걸쳐 확산되는 동안 보다 작은 수상관처럼 동일 피크 빔 전류에 대해서 제한되기 때문이다.

Claims (12)

  1. 비디오 신호 처리 시스템에 있어서, 입력 비디오 신호(V1)원 및 상기 비디오 신호(V1)를 비선형적으로 처리하여 출력 비디오 신호(I5)를 발생시키는 수단을 발생시키는 수단(18,20,C2)을 구비하며, 상기 입력 비디오 신호의 처진폭 신호 성부(V2)은 감마 보정(V1+V2)되고, 상기 입력 비디오 신호(V1)의 고진폭 신호 성분의 고주파수 성분(V4)은 상기 입력 비디오 신호의 고진폭 신호 성부과 관계하여 증가되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호처럼 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비선형 처리 수단(18,20,C)은; 상기 입력 신호의 비교적 낮은 진폭부분 및 비교적 높은 진폭 부분을 각 제1(V2) 및 제2(V3) 신호 부분으로 분할시키는 수단(18)과, 상기 제2신호부분(V3)으로부터 고주파수 성분을 파생시켜 상기 고주파수 성분(V4)을 증가시키는 수단(20,18) 및 상기 입력 비디오 신호(V1), 상기 제1신호부분(V2) 및 상기 증가된 고주파수 성분(V4)을 결합시키는 수단(R1,R2,R4,C2)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 분할수단(18)은 감소하는 이득을 상기 제1신호 부분에 인가하여 이 신호부분의 진폭을 증가시켜 상기 감마보정을 실행하는 수단(Q2,Q3;Q10,Q12)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 시스템.
  4. 제2항에 또는 제3항에 있어서, 상기 파생 수단(18,20)은 증가하는 이득을 상기 제2신호부분에 인가하여 상기 신호 부분의 진폭을 증가시키는 수단(Q4;Q13,Q14)및 상기 제2신호 부분을 고역 필터링하여 상기 제2신호부분의 고주파수 성분(V4)을 증가시키는 수단(20)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 시스템.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 결합 수단은 가산기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 시스템.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1신호부분(V2)은 상기 결합 수단(R1,R2,R4)에 DC결합되는(R2)것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 시스템.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 증가된 고주파수 성분(V4)은 상기 결합 수단(R1,R2,R4)에 AC 결합되는 것을 특징으로 하는 비디오 신호처리 시스템.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제2신호부분(V3)의 적어도 일부분은 상기 결합 수단에 AC결합되는(C1)것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 시스템.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 분할수단(18)은 상기 입력 비디오 신호(V1)을 상기 제1(V2) 및 제2(V3)신호 부분으로 점진적으로 분할하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 시스템.
  10. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 입력 비디오 신호(V1)는 적, 녹 또는 청색 비디오 신호인 것을 특징으로 하는 비디오 신호 처리 시스템.
  11. 입력 비디오 신호를 비선형적으로 처리하는 방법에 있어서, 상기 입력 비디오 신호(V1)를 비교적 낮고 높은 진폭 신호 부분(V2,V3)로 분할하며, 상기 저진폭 신호 부분(V2) 을 감마 보정하여 상기 고진폭 신호 부분(V3)의 고주파수 성분(V4)을 증가시키는 단계 및, 상기 입력 비디오 신호(V1), 상기 감마 보정된 저진폭 신호 부분(V2)및 상기 증가된 고주파수 성분(V4)을 결합하는 단계를 포함하는것을 특징으로 하는 입력 비디오 신호 비선형 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 고진폭 신호 부분의 일부분을 상기 입력 비디오 신호(V1)와 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 비디오 신호 비선형 처리 방법.
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