PT95719B - Aparelho de processamento de sinais video vermelho, verde e azul nao lineares - Google Patents
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Description
Aparelho de processamento de sinais video vermelho, verde e azul não lineares para que
RCA LICENCING CORPORATION, pretende obter privilégio de invenção em Portugal
RESUMO presente invento refere-se a um aparelho de processamento de sinal video não linear que proporciona correcção gama para melhorar o desenvolvimento de detalhes de imagem, próximos do preto. Adicionalmente, o brilho de imagem é melhorado utilizando um circuito de melhoramento dependente do brilho e da frequência, proporcionando contraste de sinal detalhado em áreas de imagem brilhantes. Em cada canal de cor, o respectivo sinal de cor (vermelho - R, verde - G, e azul - B) é separado gradualmente (18) para uma porção de sinal de nível de amplitude baixa (V2) e uma porção de sinal de nível de amplitude alta (V3) . A porção de amplitude de nivel mais elevado CV3) é filtrada em frequência em passa alto (20) . A porção de sinal de nível baixo CV2) e a porção φ de sinal de amplitude mais alta, filtrada em passa alto (V4), são adicionadas (Rl, R2, R4) ao sinal video linear original (VI ou R) para produzir um sinal combinado (i5) acoplado (12) ao cinescópio. A porção de sinal de nível baixo (V2) é acoplada DC (R2) ao sinal linear (VI) e a porção de sinal de nivel alto é acoplada AC (C2) ao sinal linear (VI).
FIG. 4
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-2MEMóRIA DESCRITIVA
Campo do Invento presente invento refere-se a processamento de sinal video não 11near.
Antecedentes do invento
A figura l mostra a gama dos vários aspectos de um sistema de transmissão de sinal video, representando a curva la, a característica de transferência do lado de transmissão representando a-curva lb a característica de transferência do tubo de imagem (CRT - tubo de raios catódicos), e representando a curva lc a característica de transferência geral.
Os sinais video transmitidos dos padrões de televisão (TV) NTSC, PAL e SECAM têm um gama de 0,45 a 0,5 enquanto que o tubo de imagem dos receptores de televisão a cores (CTV) tem um gama de 2,8 a 3,1. Como resultado, a curva de transferência geral (entrada de luz para a câmara - saída de luz do tubo de imagem) não é linear e o gama geral é, na prática, cerca de 1,35 em vez de um gama unitário. Isto implica que a característica de transferência exponencial do tubo de imagem não é totalmente compensada, conduzindo à compressão das porções de imagem escuras no visor. Tal compressão provoca que os detalhes de imagem perto do preto sejam perdidos e que as áreas coloridas se desvaneçam para preto. Concorrentemente, os brancos são excessivamente amplificados em relação às porções escuras a um ponto de, frequentemente, atingirem a saturação do tubo de imagem e o rebervéreo. Uma característica de transferência geral linear evita esta compressão do preto e pode ser obtida uma correcção gama adicional de 0,8, em cada um dos amplificadores de vermelho, verde e azul (R, G e B) no receptor de televisão. No entanto, os tubos de imagem têm uma gama de dinâmica relativamente pequena de saída de luz que não pode ser aumentada sem se atingir a saturação do tubo de imagem, provocando revérbero. Além disso, a correcção gama para aumentar a amplificação das áreas de imagens escuras provoca uma compressão de sinal dos brancos de nível de sinal alto. Isto está representa71 665
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-3do pela figura 2a mostrando um sinal de rampa com correcção gama. 0 branco de pico deve ser mantido ao mesmo nível como o caso não corrigido. A linha a tracejado para evitar o revérbero do tubo de imagem. Em consequência, a porção superior do sinal de rampa tem uma inclinação reduzida como mostrado na figura 2b. Um espectador percebe que existe uma falta de contraste nas áreas de imagem de cinzento a branco, resultando em imagens desbotadas. Num tal caso, o aperfeiçoamento do contraste das partes de brilho baixo da imagem é obtido à custa da deterioração do contraste de brilho alto.
Sumário do invento
De acordo com um aspecto do invento, o contraste percebido de uma imagem é melhorado por processamento não linear do sinal video. Mais especificamente, um sinal vídeo é separado numa porção de sinal de amplitude de nível baixo (perto do preto) e numa porção de sinal de amplitude de nível mais alto (próximo do branco), para processamento não linear separado de cada porção de sinal. A porção de sinal de amplitude de nível baixo é processada não linearmente e combinada com o sinal linear original. De acordo com um aspecto adicional do invento, a porção de sinal de amplitude de nível mais alto é processada não linearmente e filtrada em frequência em passa alto, e combinada com o sinal linear original. De acordo com um aspecto adicional do invento, a porção de sinal de amplitude de nível baixo processada não linearmente e a porção de sinal de amplitude de nível alto processada não linearmente e filtrada em passa alto são combinadas com o sinal linear original, para produzirem um sinal video com correcção gama, com contraste de sinal de detalhe melhorado nas áreas de imagem de cinzento a branco.
Descrição dos desenhos invento será descrito em detalhe com referência aos desenhos, nos quais:
a figura 1, descrita atrás, mostra características de transferência de um transmissor, um receptor de televisão, e um
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-4sistema geral de televisão incluindo o transmissor e o receptor;
a figura 2, descrita atrás, mostra uma representação gráfica de um sinal de rampa, o qual sofreu correcção gama, útil na compreensão de uma vantagem do arranjo das figuras 3 e 4;
a figura 3 mostra uma representação em diagrama de blocos de um arranjo exemplificativo, de acordo com um aspecto do presente invento;
a figura 4 mostra uma representação em diagrama de blocos detalhada do arranjo da figura 3 de acordo com um aspecto do presente invento;
as figuras 5 e 6 mostram formas de onda do domínio de tempo e frequência, respeotivamente, úteis na compreensão da operação do arranjo das figuras 3 e 4;
a figura 7 mostra um diagrama esquemático detalhado de uma implementação de circuito do arranjo da figura 4, de acordo com um outro aspecto do presente invento; e a figura 8 mostra um diagrama esquemático detalhado da implementação de circuito preferida do arranjo da figura 4, de acordo com ainda um outro aspecto do presente invento.
Nas figuras, os elementos correspondentes são identificados pelos mesmos números de referência.
Descrição detalhada da concretização preferida
A figura 3 mostra uma representação em diagrama de blocos do arranjo do invento acoplado entre um processador de luminãncia-crominãncia 10 e um amplificador de saída video 12 de um receptor de televisão a cores. Apesar de serem utilizados arranjos similares nos canais de verde CG) e azul CB), apenas é mostrado o arranjo para o canal de vermelho (R) . 0 sinal de saída R do processador 10 é mostrado por meio de exemplo, como sendo a rampa linear 14 com um sinal de detalhe sobreposto 16, indicado por linhas verticais curtas. Os sinais de detalhe 16 são sinais video em frequências mais altas do que 0,5 MHz e correspondem a
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-5detalhes de imagem mais pequenos do que 1,2 cm, na direcção horizontal de um receptor de televisão a cores de tamanho de écran de 28 polegadas (64,5 cm).
sinal R é acoplado a um divisor não linear ou de sinal amortecido 18 que divide gradualmente o sinal numa porção de nível baixo (área de imagem de preto a cinzento) e numa porção de nível alto (áreas de imagem de cinzento a branco) . A porção de sinal de nível alto é filtrada pelo filtro passa alto 20, o qual pode incluir o condensador C. 0 sinal de nível baixo é acoplado DC a um adicionador 22. A porção filtrada em passa alto do sinal de nível alto é acoplada AC ao adicionador 22 através do condensador C. 0 sinal R original, a porção de sinal de nível baixo e a porção de nível alto filtrada em passa alto são combinadas pelo adicionador 22, para produzirem o sinal de saída acoplado ao amplificador 12. A soma da porção de nível baixo (de preto a cinzento) para o sinal R proporciona correcção gama. A adição adicional da porção filtrada em passa alto resulta em aumento de contraste do sinal de detalhe video de nível alto (de cinzento a branco).
A figura 4 mostra o arranjo da figura 3 em maior detalhe. As formas de onda das figuras 5 e 6 auxiliam na representação da operação do arranjo da figura 4. A forma de onda 5a mostra o sinal de entrada Vj composto por uma escada 15 e um sinal de detalhe sobreposto 16 de cerca de 2MHz. As formas de onda 5b e 5c mostram a divisão de sinal amortecida executada pelo divisor de sinal não linear 18. Note-se que a diferença de amplitude de V2 decresce gradualmente e que a de aumenta gradualmente. A soma de V2 e iguala a voltagem de entrada Vj. A resposta de frequência da divisão de sinal é plana, como mostrada pelas correspondentes curvas de resposta de frequência das figuras 5a' - c'. 0 amplificador de saída video 12 é excitado pelas voltagens Vj e V2 através das respectivas resistências RI e R2, onde R2 tem um valor igual ao de RI. A amplitude diferencial decrescente de V2 representa uma variação gradual do ganho do amplificador de saída
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-6video de 60 para 30, correspondendo a um gama de 0,8. Isto é representado na figura 6a e 6a* mostrado a soma de e V2. A amplitude diferencial (contraste) decresce gradualmente para níveis de sinal mais altos. Um sinal de detalhe de alta frequência V4 é derivado passando V3 através de um filtro passa alto 20. A voltagem de saída e a resposta de frequência V4 está representada pelas figuras 5d e 5d'. A voltagem V4 é acoplada capacitivamente (através do condensador C2) ao amplificador video 12 para produzir o sinal νχ mais o sinal V mostrado na figura 6b e 6b'. Uma elevação de 6dB do sinal de detalhe é obtida pela resistência de acoplamento de valor relativamente baixo R4 (valor igual a Rl/2). 0 condensador de acoplamento C2 evita que qualquer sinal de brilho (componente DC) seja adicionado à entrada do amplificador 12. A figura 6c e 6c' representa a corrente de excitação i5 a qual é similar à voltagem de saída invertida do amplificador 12. 0 sinal de escada de baixa frequência da figura 6c é similar ao da figura 6a, mas o sinal de detalhe é fortemente elevado para se obter um contraste aumentado dos detalhes de imagem, nas áreas brilhantes. A corrente de feixe médio não aumenta significativamente devido ao acoplamento AC. A pequena quantidade de V3 é também adicionada através do condensador de acoplamento Cl e resistência R3 (valor = 5R1) para evitar a não saturação de cor em grandes áreas brilhantes de imagem.
A figura 7 mostra um esquema de um processador de sinal não linear exemplificativo, de acordo com o presente invento. 0 processador RGB 10, o circuito integrado TDA 3506 fabricado, por exemplo, pela Philips Corporation da Holanda, excita o amplificador de saída video 12 através da resistência 30. A resistência de realimentação 32 define o ganho do amplificador 12. A voltagem de corte pontual, do tubo de imagem, é regulada para 150 volt polarizando a resistência 34 para a condição, quando a corrente de excitação i5 é igual a zero. Esta condição requere um ajustamento apropriado da grelha número 2 do CRT (não mostrado). Um circuito automático de polarização de cinescópio (AKB) regula os níveis de preto nas saídas do processador 10 de modo que i5 é
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-7— zero para um sinal de preto. A corrente de polarização de Q3 passa através da resistência 30 para o processador 10 e provoca um nível de preto de 2 volt com indicado em VI.
transístor QI é uma unidade de inversor de ganho e de deslocador de nível DC. 0 amplificador diferencial Q2, Q3 e Q4 proporciona a divisão de sinal como mostrado pelas formas de onda da figura 5b e 5c. As bases de Q3 e Q4 são polarizadas de modo que, para um sinal correspondendo a uma imagem de preto, Q3 está a conduzir e Q4 está cortado. A fonte de corrente Q2 inverte o sinal de modo que a corrente 12 fica em fase com a voltagem νχ.
A voltagem de rampa aumentando Vj gera uma corrente de rampa aumentando i^ que se adiciona à corrente de excitação no amplificador 12 e produz a correcção gama. A corrente i^ tem a mesma forma do que a voltagem da figura 5b. A voltagem de emissor do Q2 é acoplada à base do Q4 através da resistência 38. A voltagem aumentando provoca que a voltagem de emissor do Q2 diminua e a voltagem de base do Q4 diminua até Q4 começar a conduzir. Em resultado, a voltagem V3 da figura 5c aumenta gradualmente e a inclinação da diminui gradualmente. A resistência de realimentação 40 proporciona uma mudança atenuada da corrente de colector do Q2 entre o Q3 e Q4 como mostrado pelas formas de onda 5b e 5c. Um aumento adicional de νχ provoca que i^ permaneça constante e aumente à mesma velocidade do que Vp Isto é obtido com Q4 tendo um ganho de 1 devido aos valores das resistências 38, 40 e 42.
meio separado para o sinal de nível alto desenvolvido através da resistência 42 é alimentado ao seguidor de emissor Q5, o qual excita um filtro passa alto incluindo uma resistência 44 e um condensador 46. Uma pequena quantidade do sinal V3 é alimentada ao amplificador de saída 12 através de um condensador 48 e de uma resistência 50. Como notado atrás, este sinal de banda larga acoplado AC aumenta a saturação de cor em áreas de imagem brilhantes que doutra forma seriam ligeiramente não saturadas devido à compressão de sinal provocada pela correcção gama. 0 meio para a voltagem de sinal detalhado de nível alto é amplificado
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-8por um amplificador incluindo o transístor 06, para obter um sinal de detalhe elevado de 6dB. 0 sinal de detalhe é acoplado ao amplificador de saída 12 através de um condensador 54 e a uma resistência 52. Também como notado atrás, a vantagem do acoplamento AC é aumentar o brilho (contraste dos detalhes) sem aumentar a corrente média de feixe e sem alterar o nível de preto.
A figura 8 mostra o diagrama de circuito da concretização preferida de um processador video não linear, de acordo com o presente invento, utilizando um circuito integrado TDA 3552, como fonte de sinal 10. 0 circuito emprega um amplificador de saída video de carga activa, como amplificador 12. A realimentação de voltagem é fornecida através da resistência 64, para se obter um ponto de soma de impedância baixa na sua saída 66.
Um seguidor de emissor de entrada Q10 actua com uma fonte de impedância baixa para a voltagem video Vp O par diferencial Q12, Q13 divide a voltagem video VI em sinais de brilho baixo e alto i^ e Vg. 0 transístor Q12 conduz completamente em níveis de sinal que correspondem a brilho de imagem muito baixo. Assim, as resistências 68 e 70 são acopladas em paralelo provocando que o amplificador de saída 12 produza um ganho de 60. A divisão de sinal deste circuito produz uma corrente de excitação 12 no lugar da voltagem v2 mostrada na figura 4.
transístor Q12 conduz menos do que VI aumenta e o ganho de 30 é atingido quando o transístor Q12 corta. A alteração gradual do ganho do amplificador de saída, quando efectuado por 12, produz a correcção gama desejada. 0 transístor Q13 arranca para conduzir antes que o transístor Q12 vá para corte, num nivel de sinal de brilho médio e produza a voltagem νθ no seu colector. A voltagem V3 representa informação de imagem contendo níveis de brilho entre o cinzento e o branco de pico. A voltagem de sinal V3 é aplicada ao seguidor de emissor Q14, excitando o filtro passa alto que inclui a resistência 72 e o condensador 74. Este filtro passa alto separa o sinal V4 correspondendo ao sinal de detalhe de área de cinzento a branco utilizado para aumento de contraste. 0 sinal v4
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-9é amplificado pelo transístor 015 para produzir um sinal de detalhe que é acoplado ao amplificador 12 através do condensador 82 e da resistência 84. Como mencionado atrás, a quantidade pequena do sinal V3 é alimentada AC directamente para o amplificador de saída 12 através do condensador 74 e da resistência 79.
As bases dos transístores 012 e 013 são polarizadas em potenciais relativamente fixos pelos diodos Dl e D2. Uma resistência 78 produz uma corrente de repouso de 0,3 mA através do transistor 013, evitando que o transístor Q13 seja cortado pelos picos de sinal no nível cinzento.
A voltagem de corte pontual do tubo de imagem (não mostrado) é regulada para aproximadamente 160 V no cátodo 80, regulando a voltagem de nível de preto no emissor de transistor 010 para 3,5 volt, e pelo ajustamento apropriado da voltagem da grelha número 2 do CRT.
presente circuito não requere alinhamento entre os canais RGB para evitar erros de seguimento. Isto é devido à divisão de sinal gradual.
presente invento faz uso do facto de que o olho parece ser mais sensível às alterações de contraste em áreas de imagem pequenas, em oposição às alterações estendendo-se através de áreas grandes. As frequências produzidas, pelos detalhes de imagem do meio para o brilho alto, são elevadas e acopladas AC ao sinal video principal. Isto tem como resultado um aperfeiçoamento significativo do brilho sem aumentar a corrente média de feixe. 0 acoplamento AC aumenta apenas o chamado contraste de detalhe, enquanto que os sinais de brilho DC e o contraste de área grande não são afectados. 0 tubo de imagem pode ser excitado com correntes de feixe mais altas, durante detalhes de área pequenos do que durante os finais de área grandes, antes de ocorrer o rebervéreo do tubo de imagem. Este melhoramento do brilho tem particular importância em tubos de imagem muito grandes, que parecem regulados em luminosidade e com menos contraste do que os
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RCA 85 499 tubos mais pequenos, devido aos tubos grandes estarem limitados pelo canhão, máscara de sombra e fósforo para cerca das mesmas correntes de feixe de pico que os tubos mais pequenos, enquanto que a imagem é espalhada através de uma área muito maior.
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Claims (6)
- REIVINDICAÇÕES la - Aparelho de processamento de sinal video, caracterizado por compreender:meios para dividirem (18) um sinal video (VI) num primeiro sinal (V2), correspondendo a níveis de amplitude relativamente baixos do dito sinal video (VI), e um segundo sinal (V3) correspondendo a níveis de amplitude relativamente mais altos do dito sinal video (VI), meios para filtrarem em frequência em passa alto (20) o dito segundo sinal (V3) , e meios para combinarem (Rl, R2, R4) o dito sinal video (VI), o dito primeiro sinal (V2) e o dito segundo sinal filtrado em frequência em passa alto (V4), para produzirem um sinal combinado (15) .
- 2a - Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ditos meios (18) para dividirem, dividirem gradualmente o dito sinal video (VI) no dito primeiro sinal (V2) e no dito segundo sinal (V3).
- 3q - Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito segundo sinal filtrado em frequência em passa alto (V4) ser acoplado AC (C2) aos ditos meios para combinarem.
- 4a - Aparelho de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o dito primeiro sinal (V2) ser acoplado DC (R2) aos ditos meios para combinarem.
- 5a - Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por os ditos meios para combinarem compreenderem um adicionador.
- 6a - Aparelho de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito sinal video (VI) ser, pelo menos, um dos sinais vermelho, verde e azul.71 665RCA 85 499-127a ~ Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por, pelo menos, uma porção do dito segundo sinal (V3) ser acoplado AC (Cl) aos ditos meios para combinarem.Lisboa, 2.9. GVT. 'iZ-0Pela RCA LICENCING CORPORATION- 0 Agente Oficial SINAL DE MODULAÇAODE' TRANSMISSOR1/8SAÍDA DE LUZ DO TUBO DEIMAGEMSAÍDA DE LUZ (FEIXE DE CORRENTE)1 DE IMAGEMCURVA DE TRANSFERÊNCIA GERAL (LUZ DE ENTRADA-LUZ DE SAÍDA)CURVA DE RANSFERÊNCIA E TRANSMISSOR TV-ESTÚDIO GERALENTRADA DE LUZ PARA A CÂMARACURVA DE TRANSFERÊNCIA DO TUBO DE IMAGEMFIG.1RCA LICENSING CORPORATION2/8FIG. 2RCA LICENSING CORPORATION3/8 οΡ3 ωFIG. 3RCA LICENSING CORPORATIONΑ/8FIG. 4Pá ã ι ο (< Η w g! tJ Μ O W Pá W O O
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