PT92289B

PT92289B - Disposicao para processamento de sinal video com reducao do ruido de painel lateral

Info

Publication number: PT92289B
Application number: PT92289A
Authority: PT
Inventors: Joel Walter Zdepski; Joshua Lawrence Koslov
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1988-11-11
Filing date: 1989-11-10
Publication date: 1995-08-09
Also published as: MY104248A; AU4426489A; FI912250A0; KR0170353B1; CN1029500C; CA2001925C; JPH04501491A; WO1990005427A1; AU636308B2; US4992873A; ES2017218A6; CN1042636A; CA2001925A1; JP2944693B2; DE68925644D1; DD289174A5; TR25283A; DE68925644T2; PT92289A; GB8826463D0

Description

MEMÕRIA DESCRITIVA

Este i ruído de sinal sor/expansor e nvento refere-se a uma disposição video empregando processamento de de predição.

de redução de sinal comp resTransmitir um sinal video, tal como um sinal de televisão num canal potencia 1mente ruidoso envolve tipicamente considerações de como evitar o ruído de canal sem degradar a relação sinal-ruído, do sinal video, e a qualidade de uma imagem reproduzida. A compressão/expansão é uma maneira de melhorar a qualidade de um sinal video conduzido num ambiente ruidoso. Ua compre s s ão/e xpa n s ão a amplitude de um sinal video é comprimida no transmissor, aumentando, por esse meio, a sua relação de energia média até ao pico e assim por isso a sua imunidade ao ruído. 0 sinal é expandido em amplitude, no receptor, com a função de transferência inversa da função de compressão transmissora, para restaurar a distribuição de amplitude do sinal video original de modo a obter-se um sinal correcto para exibição. Quando é realizada a compressão não linear no transmissor, o sinal é modificado por meio de uma combinação de expansao de sinais de pequena amplitude e compressão de sinais de grande amplitude. São realizadas funções complementares no receptor.

A compressão de amplitude não linear no transmissor pode produzir componentes de sinal de alta frequência fora de banda indesejados, por exemplo, ácima de 4,2 MHz no caso de um sinal video tipo televisão. Estes componentes de alta frequência indesejados podem ser retirados por um filtro passa baixo de saída do transmissor. E aqui reconhecido, contudo, que tal filtro pode também introduzir distorção de sinal indesejada, a qual pode comprometer a qualidade do sinal video no receptor, após a expansão de amplitude no receptor. A disposição descrita é dirigida para compensar os produtos de distorção de sinal video do tipo mencionado, enquanto mantém boas características sinal-ruído. Isto é conseguido incorporando no transmissor um modelo de uma

12 1

RCA 85,39** dada porção do receptor, incluindo a porção de receptor da função compressão/expansão (isto é, o expansor de amplitude). Assim o transmissor tem acesso ã informação bem como ãs características do sinal video quando processado no receptor. Na disposição descrita, o sinal transmitido é um sinal representando a diferença entre o sinal de entrada do transmissor e uma versão de uma estima, ou predição, do sinal recebido no receptor. Este sinal é pequeno se a predição é boa, pelo que a imunidade ao ruído é melhorada através da compressão/expansão do ganho no transmissor.

A Figura 1 mostra um diagrama de blocos de uma porção codificadora e transmissora do aparelho de acordo com o presente invento.

A Figura 2 mostra um diagrama codificadora receptora do aparelho de vento.

de blocos de uma porção desacordo com o presente inA Figura 3 é um diagrama de blocos de uma porção transmissora de um dispositivo processador de sinal de televisão de écran largo incluindo o aparelho de acordo com o invento.

A Figura A é um diagrama de blocos de uma porção de um receptor de televisão de écran largo empregando aparelho de acordo com o presente invento.

Na disposição transmissora da Figura 1, um sinal video de entrada é aplicado a uma entrada de um subtractor de sinal 10, cuja outra entrada recebe um sinal de uma rede preditora de sinal 15, como será explicado. Um sinal diferença de saída (Dl FF) do subtractor 10, é sujeito ã compressão de amplitude não linear por meio de um compressor de amplitude 12, tendo uma função de transferência não linear, como no bloco 12 ilustrado acima. 0 compressor 12 comprime em amplitude os sinais de grande amplitude, maiores do que um dado limiar de amplitude e expande (amplifica) em amplitude sinais de pequena amplitude. 0 compressor 12 constitui um componente, de um dispositivo compressor/expansor,

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RCA 85,394 junto com um expansor de amplitude, tendo uma função de transferência complementar, num receptor.

A característica de transferência não linear, do compressor 12, pode gerar componentes de alta frequência indesejados (por ex. harmónicas) os quais se prolongam acima do limite superior de 4,2 MHz da banda de sinal video, neste exmplo. Estes componentes de alta frequência fora de banda são filtrados por um filtro passa baixo 14 antes do sinal de SAÍDA (OUTPUT) ser transmitido através de um canal para provavelmente incluir ruído de corrupção de sinal. 0 filtro 14, contudo, introduz provavelmente, ele próprio distorção de sinal indesejada. Esta distorção de filtro, bem como a distorção associada com um desiqui1íbrio entre as funções de compressão e expansão no transmissor, as quais podem aparecer na prática, particularmente, por exemplo, no caso de movimento de imagem são reduzidas ou eliminadas com a cooperação da rede preditora 15· preditor 15 é uma réplica de uma rede expansora e preditora de amplitude encontrada num receptor o qual recebe um sinal transmitido pelo aparelho da Figura 1. Referindo por agora ã Figura 2, o sinal de entrada recebido, o qual foi comprimido em amplitude não linearmente no transmissor, é expandido em amplitude com o inverso da função de transferência não linear transmissora por meio de um expansor de amplitude 216. 0 expansor 216, como o compressor 12 no transmissor, fornece uma função de transferência instantânea e pode ser implementado na forma de uma tabela de consulta de memória apenas de leitura (ROM).

A restante estrutura da Figura 2 é um filtro de resposta de impulso infinito (I IR) , incluindo um adiciona dor 218, um elemento de retardo de armazenagem de pixel (elementos de imagem)

220 e um amplificador 222 com um ganho de sinal de '“A, todos dispostos como mostrado. 0 elemento de retardo 220, por exemplo, é um retardo de quadro, quando processa informação tipo televisão, visto que a informação video de televisão espaçada de um quadro é tipica, alta e tempora1mente corre1accionada . 0 retardo 220 e

70121

RCA 85,394 c' o amplificador 222 desenvolvem um sinal de predição na saída do

amplificador	222.	No	caso de um sinal	retardado de quadro da uni
dade 220, 0	sinal	de	predição, na saí	da do amplificador 222, é
simplesmente	0 mesmo	p i xe1 de i magem	do quadro precedente, esca-
1onado pelo	factor	de	amplificação A,	0 qual é menor que a uni-

dade (por ex. 0,79). 0 processo de predição pode também envolver uma função de pixe1s múltiplos de campos múltiplos. Neste exemplo, o factor de escala A é menor do que a unidade para evitar ruído a partir da propagação ao longo do circuito, incluindo elementos 2l8, 220 e 222 sem deterioração. Assim o ruído no sinal de saída deteriorar-se-á de um factor A de cada vez em volta do circuito. 0 sinal de saída, o qual é sujeito a processamento de sinal video adicional no receptor, é formado somando, o sinal expandido em amplitude não linearmente da unidade 21b, com o sinal de predição do amplificador 222.

Voltando ã Figura 1, o sinal de predição, da saída do preditor 15, representa uma estima do sinal de saída receptor retardado, escalado pelo factor A. A unidade 10 subtrai o sinal de predição do sinal de entrada para produzir um sinal diferença o qua, é processado pelas unidades 12 e 14 para produzir o sinal de saída o qual é transmitido.

No aparelho transmissor da Figura 1, o sinal diferença é a diferença entre o sinal de entrada e o sinal de predição. A saída do adicionador 18 é um modelo da saída do receptor. Poae ser mostrado que o sinal, na saída do receptor é semelhante ao sinal aplicado ã entrada do transmissor. Se o sinal diferença, produzido pelo subtractor 10 no transmissor, é pequeno (indicando uma boa predição), o compressor de amplitude não linear 12 amplificará o sinal diferença e portanto melhora com vantagem a sua característica sinal-ruído antes da transmissão.

Com a disposição descrita funcionando em relação a um sinal de luminância de 4,2 MHz, foi observada uma redução de ruído de 2,7 db com um factor de escala A de 0,75 e com um compressor/expansor de lei μ tendo um parâmetro de compressão/expansão

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(p) de 11. Foi obtida uma redução de ruído de 4,1 db para A de 0,90 e μ de 40.

A figura 3 mostra um diagrama de blocos de um codificador para uma disposição de televisão de écran largo compatível, por ex. para processar um sinal de alargamento largo 5:3, incluindo redes de compressão e predição do tipo descrito pela Figura 1. Com excepção de tais redes, a disposição da Figura 3 é descrita em maior detalhe na Patente dos Estados Unidos 4 8ló 899 Strolle et al.

Na Figura 3, uma fonte de sinais de televisão de écran largo 310 fornece componentes video de cor de televisão de écran largo Y(1 uminância) e I, Q (diferença de cor) na forma digital.

A fonte 310 também, ilustrativamente, inclui circuitos de matriz, de conversor analógico-digital e de filtragem passa baixo. Os sinais da fonte 310 são processados por um separador de sinal de painel 1 atera1-centra 1 e processador 318 para produzir tres grupos de sinais de saída: YE, IE e QE; Y0, 10 e QO; e YH, IH e QH . Os dois primeiros grupos de sinais (YE, 1E, QE e YO, 10, QO) são processados para desenvolverem respectivamente um sinal contendo um componente de painel central, e informação de luminância de baixa frequência de painel lateral (baixos de luminância) comprimida em tempo em regiões de sobrexp1 oração de imagem norizontal. 0 terceiro grupo de sinais (YH, IH, QH) é processado para desenvolver um sinal contendo informação de alta frequência de painel lateral (altos de painel lateral). Quando os componentes de sina, de painel central e lateral são eventua1mente combina-

dos, um s ί n	a 1	de	éc	ra n largo	compa t	í ve 1	NTSC ,	com um alargamen-
to de visor	4:	^:3,	é	produz ido.	Os s i	na i s	Y0 , 10	e Q0 fornecem a
i nformação	d e	pa	i ne	1 lateral	de ba i	xa f	requênc	ia, exclusiva da
i nformação	de	a 1	t a	frequência	de pa	i n e 1	1 a t e r a	1, a qual é inser

da nas regiões de sobrexp1 o ração horizontais esquerda e direita. Os sinais Y0, 10 e Q0 são processados individua 1 mente por redes de compressão em amplitude e predição (do tipo mostrado na Figura l) do bloco 322, antes de serem combinados com os sinais YE, IE e QE por um combinador de sinal lateral-central 328, por ex.

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RCA 85,334 um mu 1tip1exador de tempo. 0 combínador 328 produz os sinais YN,

IN e Q.N com um alargamento de imagem 4:3 padrão.

Um processador de sinal e codificador NTSC 336 processa os sinais YN, IN e QN para desenvolver um sinal de saída composto compatível NTSC C/SL compreendendo informação de painel central, e informação de baixa frequência de painel lateral comprimida em regiões de sobrexp1 oração horizontais. A unidade 336 inclui filtros de luminâncía e crominãncia, um modulador de crominância, e circuitos de codificação NTSC convencionais para codificar informação de luminâncía e crominãncia.

Os componentes de alta frequência de painel lateral YH,

IH e Qh são processados adiçionalmente por uma unidade 343 após serem expandidos em tempo pela unidade 321. Na unidade 343 os altos de painel lateral modulam uma subportadora suprimida auxiliar com uma fase que inverte na relação de campo. A subportadora modulada é sujeita a compressão de amplitude e filtragem passa banda para desenvolver um sinal de altos de painel lateral SH.

Este sinal é combinado com o sinal C/SL, num combinador 340, para produzir um sinal compatível de écran largo NTSC. 0 sinal NTSC é convertido para a forma analógica por um conversor digital para analógico (DAC) 354, antes de ser aplicado a uma rede moduladora de radiofrequência (RF) e transmissora 355 para radiodifundir através de uma antena 356.

A rede de compressão de amplitude e predição 322 pode ser semelhantemente situada numa versão de definição de imagem melhorada da disposição codificador de écran largo ilustrada, descrito na patente de Strolle et al. Tal disposição de definição melhorada é descrito na patente dos Estados Unidos 4 855 824 de J.S. Fuhrer intitulada Compatible Television System with Companding of Auxiliary Signal Encoding Information.

A Figura 4 descreve um diagrama de blocos de um descodificador receptor de écran largo para o sinal de televisão de écran largo compatível desenvolvido pelo codificador transmissor da Figura 3 . Com excepção da rede de expansão e predição 442, a dis70121

RCA 35,394 «Τ' posição da Figura A é descrita em maior detalhe na patente de Strolle et al acima mencionada.

sinal de écran largo compatível transmitido é recebido por uma antena 410 e desmodulado por uma unidade desmoduladora de entrada e processadora de sinal 422 para desenvolver os sinais YN, IN, QN e o sinal de altos de painel lateral SH. A unidade 422 inclui redes de filtragem e expansão de amplitude para recuperar o sinal SH, e redes de combinação de sinal, filtragem e desmodulação de crominância para recuperar os sinais YN, IN e QN. Um processador 454 responde ao sinal de altos lateral SH para produzir os sinais YH, 1H e QH. No processador 454 a subportadora auxiliar é desmodulada, os componentes altos de painel lateral de luminância e crominância sao separados, e os altos de painel lateral de luminância são comprimidos em tempo para produzirem os componentes de sinal altos de painel lateral YH, IH e QH.

Os sinais YN, IN e QN são separados em componentes de painel lateral de baixa frequência YO, 10 e QO e componentes de painel central YE, IE, QE por meio de um separador 1 atera 1 -centra1

(desmu1tip1exador) 440	. Os	s i na	is Y E ,	1	E, QE	são comprim	i dos em
tempo por uma unidade	444	pa ra	ocupar	a	regi	ão de visor	de pa i -
nel central prescrita.	Os	sinai	s Y0,	1 0	, Q0	são sujeitos	a p ro-
cessamento de expansão	de	ampli	tude e	P	r e d i t	i vo de sinal	na re-

de	442 antes	de serem expandidos	em t em po	por	uma uni dade	445 pa -
r a	ocuparem a	região de visor de	painel 1	a te ra	1 prescrita.	, A r e -
de	442 contém	circuitos do tipo	mostrado	na F i	gura 2 para	proces-
s a	rem re s pec t	ivamente os sinais	YO , 10 e	QO.

Os sinais de baixos de painel lateral, do expansor em tempo 445, e os sinais de altos de painel lateral do processador 454, são combinados numa unidade 446 para produzirem sinais de luminância e crominância de painel lateral YS, IS e QS. Os sinais de painal lateral reconstruídos YS, IS e QS são juntos para reconstruírem os sinais de painel central YC, IC, QC do compressor em tempo 444 por meio de um juntador 460 para formar um sinal de écran largo totalmente reconstruído, contendo os componentes Y, I e Q.

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Os sinais de écran largo Y, I , Q são convertidos para a forma analógica por meio de um conversor digital para analógico (DAC) 462, antes de serem aplicados a um processador de sinal video e amplificador de matriz 464. 0 componente processador de sinal video da unidade 464 inclui amplificação de sinal, deslocamento de nível de corrente contínua (DC), pico, controlo de brilho, controlo de contraste e outros circuitos de processamento de sina, video de uma natureza convencional. 0 amplificador de matriz 464 combina o sinal de luminância Y com os sinais diferença de cor I e Q para produzir sinais video representativos de imagem de cor R (vermelho), Q (verde) e B (azul). Estes sinais de cor são amplificados por amplificadores de excitação de visor, na unidade 464, para um nível adequado para excitar directamente um orgão mostrador de imagem de cor de écran largo 470, por exemplo, um cinescópio de écran largo.

Como notado acima, a disposição codificadora da Figura 3> codifica a informação de painel lateral de baixa frequência na forma comprimida em tempo. I 1 ustrativamente , a informação de luminância de DC para 7θθ KHz é comprimida em tempo aproximadamente 6:1 de modo que a informação de baixa frequência de painel lateral ocupa uma largura de banda de 4,2 MHz. 0 receptor (Figura 4) realiza uma expansão em tempo correspondente como mencionado. 0 processo de compressão de amplitude não linear, no transmissor, é particuiarmente adequada para gerar frequências fora da banda indesejadas quando, como neste exemplo, o processo de compressão em tempo produz sinal mostrando frequências no, ou próximo do, limite superior da banda de frequência desejada (por ex. 4,2 MHz).

Em virtude da compressão e expansão em tempo, o componen-

t e	de baixa	frequência	de painel	lateral	1 contém	muito	mais ener-
g i a	de ruído	, sob condi	ί ções de canal rui	idoso, do	que a	mesma ban
d a	de frequência da informação de	painel	1 central	. Esta	cond i çao
man	i festa-se	ela p róp r i	i a como uma	d i ferença cens	u rãve1	no ruído

entre imagens de painel central e painel lateral exibidas. Especificamente, as imagens de painel lateral exibem ruído de baixa frequência misturado horizonta 1mente o qual contrasta com o ruí70121

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X/ zx do de largura de banda mais ampla na imagem de painel central e é mais censurável. A informação de painel lateral aparece, por conseguinte, visivelmente diferente da informação de painel central, particularmente para canais de transmissão com relações sinal-ruído abaixo de cerca de 35 db. Assim os apareliios das Figuras 1 e 2 são usados com vantagem para melhorar a característica sinal-ruído da informação de baixa frequência de painel lateral comprimido em tempo. 0 aparelho descrito pode ser alternativamente empregado na disposição de transmissor da Figura 3, entre a unidade 31θ e o compressor em tempo 320, em cujo caso o circuito do sinal de saída do aparelho da Figura 1 seria filtrado passa baixo para 700 KHz para baixos de luminância comprimidos 6:1.

aparelho de compressão/expansão e predição de sinal des crito também pode ser usado para processar sinais de alta frequen cia de painel lateral expandido em tempo YH, IH e QH da unidade 321 na Figura 3· Em relação a isto faz-se notar que, com a disposição da Figura 3 como ilustrada, a informação de alta frequência de painel lateral obtém uma melhoria de sinal-ruído devida ã expansão em tempo pelo expansor 321. Contudo, este melhoramento é comprometida pela atenuação de amplitude que a unidade 343 comunica ã subportadora auxiliar modulada de altos laterais para tornar a subportadora auxiliar modulada menos visível quando o sinal de televisão de écran largo é recebido por um receptor de televisão padrão tendo um alargamento 4:3 padrão. 0 aparelho de redução de ruído descrito pode ser usado para melhorar a imunidade ao ruído da informação de altos lateral, dependendo dos requesitos de uma disposição particular.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - Disposição de processamento de sinal video para reduzir o efeito de ruído em sinais video transmitidos, caracterizada por compreender:

meios compressores de amplitude (12) para comprimirem a amplitude de sinais video de acordo com uma dada função de transferência;

meios de predição (15) que reagem a um sinal de saída dos ditos meios compressores para produzirem um sinal de predição como uma função da grandeza de uma amostra de sinal video anterior, incluindo os ditos meios de predição meios expansores de amplitude (16) tendo uma função de transferência substancialmente inversa da dita função de transferência dada; e meios (10) para fornecerem um sinal diferença, indicando a diferença em grandeza entre um sinal video de entrada e o dito sinal de predição, a uma entrada do dito compressor de amplitude.
2 - Aparelho para receber sinais transmitidos por uma disposição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por comp reende r :

meios expansores de amplitude receptores para receberem os ditos sinais transmitidos, tendo os ditos meios expansores uma função de transferência substancialmente inversa da dita função de transferência dada;

meios de combinação tendo uma primeira entrada para receberem sinais de saída dos ditos meios expansores de amplitude recep-

tores, uma segunda entrada e uma saída meios de predição q ue reagem a s i na i s da dita s a ída dos meios de combinação para produzirem um sinal de predição como uma função da grandeza de uma amostra de s i na 1 video a n t e r i 0 r; e

meios para acoplarem o dito sinal de predição a dita segunda entrada dos ditos meios de combinação.

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3 - Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por os ditos meios de predição incluírem:

meios de atenuação de sinal; e meios para retardarem sinais de um intervalo no qual a informação de sinal video é substancialmente correlaccionada.

4 - Disposição video, de acordo com a reivindicação 1, para processar um sinal tipo televisão de écran largo, contendo um componente de imagem de painel principal e um componente de imagem de painel lateral e tendo um alargamento de imagem maior do que o de uma imagem de televisão padrão, incluindo a dita disposição meios para comprimirem em tempo a informação de painel lateral prescrita, caracterizada por:

os ditos meios compressores de amplitude comprimirem a amplitude do dito componente de painel lateral, de acordo com uma função de transferência dada;

os ditos me i os de predição reagirem a ditos me i os de compressão para prod u z i ção como uma f u n ç ào da grandeza de uma de painel 1 a te r a 1 anterior, e os d i tos me i os de fornecimento de s i na u m sinal diferença indicativo de uma d tre um componente de painel lateral de d e predição, para uma entrada do di to 5 - D i spos içao de acordo com a racterizada por 0 d i to compressor de ampl ção de transferênci a não linear, pelo que

amplitude são expandidos e os sinais de grande amplitude são comprimidos.

6 - Disposição de acordo com a reivindicação 5, caracterizada adiciona1mente por compreender:

meios para filtrarem sinais de saída do di plitude; e por os ditos meios de predição responderem a u dito compressor de amplitude após filtragem pelos ditos meios de filtragem.

comp re s so r d e am- sinal de sa ída d 0 pelos ditos me i i os

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..
7

- 13 7 - Disposição de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por os ditos meios de filtragem serem um filtro passa baixo.
8 - Disposição de acordo com a reivindicação 1 ou A, caracterizada por os ditos meios de predição compreenderem:

um nó de entrada, correspondendo a uma entrada do dito expansor de amplitude, e um nó de saída acoplado aos ditos meios fornecedores de sinal diferença;

meios de combinação tendo uma primeira entrada para receber um sinal dos ditos meios compressores de amplitude, uma segunda entrada, e uma saída; e meios de conversão para fornecerem, uma versão retardada em tempo atenuada de sinais da dita saída dos ditos meios de combinação, ao dito nó de saída e ã dita segunda entrada dos ditos meios de combinação.
9 - Disposição de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por os ditos meios de conversão incluírem meios para retardarem sinais de um intervalo no qual a informação de sinal

video é substanci almente correlacionada • 10 - Disposição de acordo com a re i v indicação 3, carac- te r i zada por os ditos me ios de retardo apresenta rem um intervalo de retardo de quadro de i magem. 11 - Aparelho para receber si na i s de écran la r go t r a n s -

mitidos pelo dispositivo da reivindicação A, caracterizado por compreender:

meios expansores de amplitude receptores para receberem os ditos sinais transmitidos, tendo uma função de transferência substancialmente inversa da dita função de transferência dada; meios de combinação tendo uma primeira entrada para receber sinais de saída dos ditos meios expansores de amplitude receptores, uma segunda entrada, e uma saída;

meios de predição que reagem a sinais da dita saída dos ditos meios de combinação, para produzirem um sinal de predição como uma função dp grandeza de uma amostra de sinal video anterior

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- 14 meios para acoplarem o dito sinal de predição ã dita segunda entrada dos ditos meios de combinação; e meios para expandirem em tempo sinais da dita saída dos ditos meios de combinação.
12 - Aparelho de processamento de componente de imagem de painel lateral para uma disposição para receber um sinal tipo televisão de écran largo contendo um componente de imagem de pai nel principal e um componente de imagem de painel lateral e tendo um alargamento de imagem maior do que o de uma imagem de tele visão padrão, caracterizado por compreender:

meios expansores de amp1itude(216), tendo uma característica de transferência não linear que reage ao dito componente de imagem de painel lateral;

meios de combinação (218) tendo uma primeira entrada para receber sinais de saída dos ditos meios expansores de amplitude receptores, uma segunda entrada e uma saída;

meios de predição que reagem a sinais da dita saída dos ditos meios de combinação para produzirem um sinal de predição como uma função da grandeza de uma amostra de sinal video anterior

me i os para acopla rem o dito sinal de p r e d i entrada dos ditos meios de combinação ; e me i os (445) para expand i rem em tempo sinai d i tos meios de comb i nação.

Lisboa, .iQ «jrw ’9R9