RU2137318C1

RU2137318C1 - Device for stabilization of video signal amplitude

Info

Publication number: RU2137318C1
Application number: RU98110388A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Рубанов; А.Е. Архипов; В.С. Титов; С.В. Дегтярев
Original assignee: Курский государственный технический университет
Priority date: 1998-06-01
Filing date: 1998-06-01
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: TV cameras which image transducers are designed as charge-coupled devices. SUBSTANCE: device has clock oscillator, matching amplifiers, image transducer which is based on charge-coupled device, video amplifier, mismatch detector, D-flip-flop, reverse counter, unit for measuring length of frame or line, permission shutter control unit, optical shutter control unit, reset pulse generator. Amplitude of video signal is controlled by alteration of time constant for accumulation of photo charge in photo sensitive section of image transducer which is based on charge-coupled device. EFFECT: increased speed of amplitude stabilization, simplified design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к телевизионной технике, в частности к средствам, предназначенным для автоматического регулирования амплитуды видеосигнала, и может быть использовано в телевизионных передающих камерах с датчиками изображения на приборе с зарядовой связью. The invention relates to television technology, in particular to means for automatically controlling the amplitude of a video signal, and can be used in television transmitting cameras with image sensors on a charge-coupled device.

Известно устройство стабилизации амплитуды видеосигнала для датчика изображения на приборе с зарядовой связью, содержащее генератор тактовых импульсов, согласующие усилители, датчик изображения на приборе с зарядовой связью, видеоусилитель, датчик рассогласования, содержащий два компаратора напряжений, два D-триггера, делитель частоты импульсов, счетчик импульсов, RS-триггер, компаратор кодов, формирователь импульса конца строки или кадра, блок отсчетов длины строки или кадра [1]. A device for stabilizing the amplitude of a video signal for an image sensor on a charge-coupled device containing a clock pulse generator, matching amplifiers, an image sensor on a charge-coupled device, a video amplifier, a mismatch sensor containing two voltage comparators, two D-flip-flops, a pulse frequency divider, a counter pulses, RS-trigger, code comparator, pulse generator of the end of the line or frame, block of samples of the length of the line or frame [1].

Недостатком этого устройства является невысокое быстродействие. The disadvantage of this device is its low speed.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, согласующие усилители, датчик изображения на приборе с зарядовой связью, видеоусилитель, датчик рассогласования, состоящий из двух детекторов уровня, элемент ИЛИ, два D-триггера, элемент И, реверсивный счетчик, блок регулирования времени накопления, выполненный на ПЗУ, RS-триггер, компаратор кода, блок задержки, формирователь импульса конца строки или кадра, блок отсчета длины строки или кадра [2]. Closest to the proposed device is a device containing a clock generator, matching amplifiers, an image sensor on a charge-coupled device, a video amplifier, a mismatch sensor consisting of two level detectors, an OR element, two D-flip-flops, an And element, a reversible counter, a unit adjustment of the accumulation time, performed on the ROM, RS-flip-flop, code comparator, delay unit, pulse generator of the end of the line or frame, block of reading the length of the line or frame [2].

Недостатком этого устройства является сложная аппаратная реализация. The disadvantage of this device is the complex hardware implementation.

Технической задачей изобретения является повышение быстродействия стабилизации амплитуды видеосигнала и упрощение конструкции устройства. An object of the invention is to increase the speed of stabilization of the amplitude of the video signal and simplify the design of the device.

Техническая задача решается тем, что в устройство стабилизации амплитуды видеосигнала, содержащее генератор тактовых импульсов, согласующие усилители, датчик изображения на приборе с зарядовой связью, видеоусилитель, датчик рассогласования, D-триггер, реверсивный счетчик, блок отсчета длины строки или кадра, введенны элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, мультиплексор, блок управления разрешающим затвором и блок управления фотозатвором, формирователь импульса сброса, причем один выход генератора тактовых импульсов подключен ко входу одного согласующего усилителя, чей выход соединен с соответствующим входом датчика изображения на приборе с зарядовой связью, другой выход генератора тактовых импульсов подключен ко входу блока отсчета длины строки или кадра, причем один выход блока отсчета длины строки или кадра соединен с входом блока управления разрешающим затвором, а другие выходы блока отсчета длины строки или кадра соединены с информационными входами мультиплексора, выход которого соединен с входом блока управления фотозатвором, выход блока управления разрешающим затвором и выход блока управления фотозатвором соединены с входами других согласующих усилителей, выходы которых соединены с соответствующими входами датчика изображения на приборе с зарядовой связью, выход блока управления разрешающим затвором также подключен к счетному входу реверсивного счетчика и к входу формирователя импульса сброса, выход которого соединен с входом сброса D-триггера, выход датчика изображения на приборе с зарядовой связью соединен с входом видеоусилителя, чей выход подключен к одному входу датчика рассогласования, другой вход которого выполнен с возможностью подачи на него опорного напряжения, а выход соединен с тактовым входом D-триггера, на информационный вход которого подано напряжение высокого уровня, а выход подключен к входу выбора направления счета реверсивного счетчика и к одному из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, другие входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика, к которым также подключены адресные входы мультиплексора, а выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к входу разрешения реверсивного счетчика. The technical problem is solved in that in the device for stabilizing the amplitude of the video signal containing a clock generator, matching amplifiers, an image sensor on a charge-coupled device, a video amplifier, a mismatch sensor, a D-trigger, a reversible counter, a block for reading the length of a line or frame, an EXCLUSIVE element is introduced OR, multiplexer, enable gate control unit and photo shutter control unit, reset pulse shaper, and one output of the clock generator is connected to the input of one amplifier, whose output is connected to the corresponding input of the image sensor on a charge-coupled device, the other output of the clock generator is connected to the input of the line or frame length reference unit, and one output of the line or frame length reference unit is connected to the input of the enable gate control unit, and other outputs of the line or frame length reference unit are connected to the information inputs of the multiplexer, the output of which is connected to the input of the shutter control unit, the output of the enable shutter control unit the output of the photo-gate control unit is connected to the inputs of other matching amplifiers, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the image sensor on a charge-coupled device, the output of the enable gate control unit is also connected to the counting input of the reversing counter and to the input of the reset pulse generator, the output of which is connected to the reset input D-flip-flop, the output of the image sensor on a charge-coupled device is connected to the input of a video amplifier, whose output is connected to one input of the mismatch sensor, another whose first input is capable of supplying a reference voltage to it, and the output is connected to the clock input of the D-flip-flop, the high-level voltage is applied to its information input, and the output is connected to the input of the choice of counting direction of the reversible counter and to one of the inputs of the EXCLUSIVE OR element, the other inputs of which are connected to the outputs of the reversible counter, to which the address inputs of the multiplexer are also connected, and the output of the EXCLUSIVE OR element is connected to the enable input of the reversible counter.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства стабилизации амплитуды видеосигнала. In FIG. 1 shows a structural electrical diagram of the device; in FIG. 2 and 3 are timing diagrams explaining the operation of the device for stabilizing the amplitude of the video signal.

Устройство для стабилизации амплитуды видеосигнала содержит генератор тактовых импульсов 1, блок отсчета длины строки или кадра 2, мультиплексор 3, реверсивный счетчик 4, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5, блок управления разрешающим затвором 6, блок управления фотозатвором 7, D-триггер 8, согласующие усилители 9, 10 и 11, формирователь импульса сброса 12, датчик изображения на приборе с зарядовой связью 13, видеоусилитель 14, датчик рассогласования 15, причем один выход генератора тактовых импульсов 1 подключен к входу одного согласующего усилителя 9, чей выход соединен с соответствующим входом датчика изображения на приборе с зарядовой связью 13, другой выход генератора тактовых импульсов 1 подключен к входу блока отсчета длины строки или кадра 2, причем один выход блока отсчета длины строки или кадра 2 соединен с входом блока управления разрешающим затвором 6, а другие выходы блока отсчета длины строки или кадра 2 соединены с информационными входами мультиплексора 3, выход которого соединен с входом блока управления фотозатвором 7, выход блока управления разрешающим затвором 6 и выход блока управления фотозатвором 7 соединены с входами других согласующих усилителей 10 и 11 соответственно, выходы которых соединены с соответствующими входами датчика изображения на приборе с зарядовой связью 13, выход блока управления разрешающим затвором 6 также подключен к счетному входу реверсивного счетчика 4 и к входу формирователя импульса сброса 12, выход которого соединен с входом сброса D-триггера 8, выход датчика изображения на приборе с зарядовой связью 13 соединен с входом видеоусилителя 14, чей выход подключен к одному входу датчика рассогласования 15, другой вход которого выполнен с возможностью подачи на него опорного напряжения, а выход соединен с тактовым входом D-триггера 8, на информационный вход которого подано напряжение высокого уровня, а выход подключен к входу выбора направления счета реверсивного счетчика 4 и к одному из входов элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5, другие входы которого подключены к выходам реверсивного счетчика 4, к которым также подключены адресные входы мультиплексора 3, а выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 подключен к входу разрешения реверсивного счетчика 4. A device for stabilizing the amplitude of a video signal contains a clock 1, a block for measuring the length of a line or a frame 2, a multiplexer 3, a reversing counter 4, an EXCLUSIVE OR 5 element, an enable gate control unit 6, a photo shutter control unit 7, a D-trigger 8, matching amplifiers 9 10 and 11, a reset pulse generator 12, an image sensor on a charge-coupled device 13, a video amplifier 14, a mismatch sensor 15, and one output of the clock generator 1 is connected to the input of one matching amplifier 9, whose One is connected to the corresponding input of the image sensor on the charge-coupled device 13, the other output of the clock 1 is connected to the input of the line or frame 2 frame, and one output of the line or frame 2 frame is connected to the input of the enable gate control unit 6, and the other outputs of the block for reading the length of the line or frame 2 are connected to the information inputs of the multiplexer 3, the output of which is connected to the input of the control unit of the shutter 7, the output of the control unit of the enable shutter 6 and the output of the unit The shutter 7 is connected to the inputs of other matching amplifiers 10 and 11, respectively, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the image sensor on a charge-coupled device 13, the output of the resolution gate control unit 6 is also connected to the counting input of the reverse counter 4 and to the input of the reset pulse generator 12 the output of which is connected to the reset input of the D-flip-flop 8, the output of the image sensor on the device with charge-coupled 13 is connected to the input of the video amplifier 14, whose output is connected to one input of the sensor test 15, the other input of which is capable of supplying a reference voltage to it, and the output is connected to the clock input of the D-flip-flop 8, to the information input of which a high level voltage is applied, and the output is connected to the input of the choice of the direction of the counting of the counter 4 and to one of the inputs of the EXCLUSIVE OR 5 element, the other inputs of which are connected to the outputs of the reverse counter 4, to which the address inputs of the multiplexer 3 are also connected, and the output of the EXCLUSIVE OR 5 element is connected to the resolution input of the reverse counter 4.

Устройство стабилизации амплитуды видеосигнала работает следующим образом. Device stabilization of the amplitude of the video signal operates as follows.

Управление амплитудой видеосигнала осуществляется изменением времени накопления фотозаряда в фоточувствительной секции датчика изображения на приборе с зарядовой связью 13. Блок отсчета длины строки или кадра 2 формирует импульсные последовательности соответствующие различным временам накопления, которые коммутируются мультиплексором 3 на блок управления фотозатвором 7. Таким образом, с помощью изменения кода, представленного на выходе реверсивного счетчика 4 и поступающего на адресные входы мультиплексора 3, производится регулирование момента появления импульса конца строки или кадра, причем с помощью мультиплексора 3 можно осуществлять коммутацию так, что появление импульса конца строки или кадра будет происходить через любые промежутки времени, т.е. смена кода на выходе реверсивного счетчика 4 осуществляет регулирование времени накопления фотозаряда и, следовательно, амплитуды видеосигнала. Работа реверсивного счетчика 4 может быть запрещена, если счетчик находится в крайних, наименьшем и наибольшем положениях и соответственно необходимо уменьшение или увеличение амплитуды видеосигнала. The amplitude of the video signal is controlled by changing the accumulation time of the photocharge in the photosensitive section of the image sensor on the charge-coupled device 13. The block for reading the line length or frame 2 generates pulse sequences corresponding to different accumulation times, which are switched by multiplexer 3 to the shutter control unit 7. Thus, using changes in the code presented at the output of the reverse counter 4 and received at the address inputs of the multiplexer 3, is made adjustments the appearance of the pulse end of line or frame, and by a multiplexer 3 can perform switching so that the appearance of the pulse end of the line or frame will occur through any period of time, i.e., changing the code at the output of the reversible counter 4 controls the accumulation time of the charge and, therefore, the amplitude of the video signal. The operation of the reverse counter 4 may be prohibited if the counter is in the extreme, smallest and largest positions and, accordingly, a decrease or increase in the amplitude of the video signal is necessary.

Рассмотрим случай, когда амплитуда видеосигнала в течение строки (или кадра) превысит заданный уровень опорного сигнала U_оп (фиг. 2).Consider the case when the amplitude of the video signal during the line (or frame) exceeds the specified level of the reference signal U _op (Fig. 2).

В момент времени, когда амплитуда видеосигнала на выходе видеоусилителя 14 (фиг. 2а) превысит заданное значение U_оп, сработает детектор уровня 15, с выхода которого на счетный вход D-триггера 8 поступит импульс (фиг. 26), фронтом которого осуществляется запись в D-триггер 8 логической единицы, постоянно присутствующей на его информационном входе. С выхода D-триггера 8 (фиг. 2в) на управляющий вход реверсивного счетчика 4 поступит логическая единица, которая установит положительное направление счета. С приходом на тактовый вход реверсивного счетчика 4 импульса (фиг. 2г) с блока управления разрешающим затвором 6 датчика 13, код реверсивного счетчика 4 будет увеличен на единицу младшего разряда, если работа счетчика 4 разрешена, т. е. если на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 присутствует уровень логического нуля. По спаду импульса приходящего с блока управления разрешающим затвором 6, формирователь импульса сброса 12 сформирует импульс (фиг. 2д), который осуществит сброс D-триггера 8 в ноль. Изменение кода на выходе реверсивного счетчика 4 означает, что мультиплексор 3 осуществит коммутацию так, что на его выходе появится импульсная последовательность соответствующая меньшему времени накопления. Следовательно, процесс накопления информации датчика 13 завершится также несколько раньше по отношению к предыдущей строке или кадру (фиг. 2е). Сокращение времени накопления фотозаряда в секции накопления датчика 13 приведет к уменьшению амплитуды видеосигнала на его выходе.At the time when the amplitude of the video signal at the output of the video amplifier 14 (Fig. 2a) exceeds the preset value U _op , a level 15 detector will trigger, from the output of which a pulse will arrive at the counting input of the D-trigger 8 (Fig. 26), the front of which is recorded in D-trigger 8 of a logical unit, constantly present at its information input. From the output of the D-flip-flop 8 (Fig. 2c), a logical unit will arrive at the control input of the reverse counter 4, which will establish a positive counting direction. With the arrival of a reversible counter 4 of the pulse to the clock input (Fig. 2d) from the enable gate control unit 6 of the sensor 13, the code of the reverse counter 4 will be increased by a low-order unit if the operation of counter 4 is enabled, that is, if the exclusive OR 5 there is a logic zero level. According to the decay of the pulse coming from the blocking gate control unit 6, the reset pulse generator 12 will generate a pulse (Fig. 2e), which will reset the D-trigger 8 to zero. Changing the code at the output of the reversible counter 4 means that the multiplexer 3 will carry out switching so that a pulse sequence corresponding to a shorter accumulation time appears at its output. Consequently, the process of accumulating information of the sensor 13 will also end somewhat earlier with respect to the previous row or frame (Fig. 2e). Reducing the accumulation time of the charge in the accumulation section of the sensor 13 will lead to a decrease in the amplitude of the video signal at its output.

В том случае, когда амплитуда видеосигнала на выходе видеоусилителя 14 не превысит заданного уровня U_оп (фиг. За), детектор уровня 15 не сработает, и D-триггер 8 останется в исходном состоянии (фиг. 3б, Зв). С выхода D-триггера 8 на управляющий вход реверсивного счетчика 4 поступит сигнал логического нуля (фиг. Зв), который установит отрицательное направление счета. С приходом на тактовый вход реверсивного счетчика 4 импульса (фиг. Зг) с выхода блока управления разрешающим затвором 6 датчика изображения на приборе с зарядовой связью 13, код реверсивного счетчика 4 будет уменьшен на единицу младшего разряда если работа счетчика 4 разрешена, т. е. если на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 присутствует уровень логического нуля. По спаду импульса приходящего с блока управления разрешающим затвором 6, формирователь импульса сброса 12 сформирует импульс (фиг. 2д), который осуществит сброс D-триггера 8 в ноль. Изменение кода на выходе реверсивного счетчика 4, означает что мультиплексор 3 осуществит коммутацию так, что на его выходе появится импульсная последовательность соответствующая большему времени накопления. Следовательно, секция накопления датчика 13 выключится также несколько позже по отношению к предыдущему концу строки или кадра (фиг. 3е). Увеличение времени накопления фотозаряда в секции накопления датчика изображения на приборе с зарядовой связью 8 приведет к увеличению амплитуды видеосигнала на его выходе.In the case when the amplitude of the video signal at the output of the video amplifier 14 does not exceed a predetermined level U _op (Fig. 3a), the level detector 15 will not work, and the D-trigger 8 will remain in its original state (Fig. 3b, Sv). From the output of the D-flip-flop 8, a logic zero signal (Fig. Sv) will arrive at the control input of the reversible counter 4, which will establish a negative counting direction. With the arrival of a reverse pulse counter 4 (Fig. 3g) at the clock input from the output of the resolution gate control unit 6 of the image sensor on the charge-coupled device 13, the code of the reverse counter 4 will be reduced by a unit of the least significant digit if the operation of counter 4 is enabled, i.e. if at the output of the element EXCLUSIVE OR 5 there is a logic zero level. According to the decay of the pulse coming from the blocking gate control unit 6, the reset pulse generator 12 will generate a pulse (Fig. 2e), which will reset the D-trigger 8 to zero. Changing the code at the output of the reversible counter 4 means that the multiplexer 3 will switch so that a pulse sequence corresponding to a longer accumulation time appears at its output. Consequently, the accumulation section of the sensor 13 will also turn off somewhat later with respect to the previous end of the line or frame (Fig. 3e). The increase in the accumulation time of the photo charge in the accumulation section of the image sensor on the device with charge coupling 8 will lead to an increase in the amplitude of the video signal at its output.

Поскольку границы зоны нечувствительности устанавливаются с помощью дискретных радиоэлементов, то в следствии разброса их параметров, обусловленного технологией изготовления радиоэлементов, влиянием температуры и т. д., верхний и нижний уровни зоны могут в существенной мере отличаться от требуемых значений, что может привести к сужению или, наоборот, расширению зоны нечувствительности, а также к обоюдному смещению ее границ в ту или иную сторону. Все это способно значительно снизить точность стабилизации амплитуды видеосигнала. В предлагаемом устройстве амплитуда видеосигнала сравнивается лишь с одним заданным уровнем напряжения, т. е. отсутствует зона нечувствительности, присущая всем аналогичным устройствам. Между амплитудой видеосигнала и заданным уровнем осуществляется динамическое равновесие, позволяющее постоянно поддерживать необходимое отношение сигнал/шум. Кроме того, предлагаемое решение позволяет значительно снизить аппаратные затраты на реализацию поставленной задачи. Since the boundaries of the dead zone are set using discrete radio elements, due to the spread of their parameters due to the technology of manufacturing the radio elements, the influence of temperature, etc., the upper and lower levels of the zone can significantly differ from the required values, which can lead to a narrowing or , on the contrary, to the expansion of the dead zone, as well as to the mutual displacement of its borders in one direction or another. All this can significantly reduce the accuracy of stabilization of the amplitude of the video signal. In the proposed device, the amplitude of the video signal is compared with only one predetermined voltage level, i.e. there is no deadband inherent in all similar devices. Between the amplitude of the video signal and a given level, a dynamic equilibrium is carried out, which allows you to constantly maintain the necessary signal to noise ratio. In addition, the proposed solution can significantly reduce hardware costs for the implementation of the task.

Достоинствами предлагаемого устройства, является то, что оно осуществляет быструю регулировку амплитуды видеосигнала и выполняется полностью на элементах интегральной микроэлектроники, что обеспечивает его высокую надежность и возможность микроминиатюризации. The advantages of the proposed device is that it provides quick adjustment of the amplitude of the video signal and is performed entirely on the elements of integrated microelectronics, which ensures its high reliability and the possibility of microminiaturization.

Список использованных источников
1. А.С. 1483670 СССР, кл. H 04 N 5/20. Устройство стабилизации амплитуды видеосигнала / В. С. Титов, В.А. Войтикова //1989, Бюл. N 20.List of sources used
1. A.S. 1483670 USSR, class H 04 N 5/20. A device for stabilizing the amplitude of a video signal / V. S. Titov, V. A. Voitikova // 1989, Bull. N 20.

2. А.С. 1649684 СССР, кл. H 04 N 5/20. Устройство стабилизации амплитуды видеосигнала / В. С. Титов, В.А. Войтикова //1991, Бюл. N 18. 2. A.S. 1649684 USSR, cl. H 04 N 5/20. A device for stabilizing the amplitude of a video signal / V. S. Titov, V. A. Voitikova // 1991, Bull. N 18.

Claims

A device for stabilizing the amplitude of a video signal containing a clock generator, matching amplifiers, an image sensor on a charge-coupled device, a video amplifier, a mismatch sensor, a D-flip-flop, a reversible counter, a block for measuring the length of a line or frame, one output of a clock generator is connected to the input of one matching amplifier, another output of the clock generator is connected to the input of the line or frame length reading unit, the outputs of matching amplifiers are connected to the corresponding sensor inputs from charge-coupled device whose output is connected to the input of the video amplifier, the output of which is connected to one input of the mismatch sensor, the other input of which is capable of supplying a reference voltage to it, and the output is connected to the clock input of the D-trigger, to the information input of which high level voltage, and the output is connected to the input of the choice of the direction of counting of the reversible counter, characterized in that an EXCLUSIVE OR element is introduced into it, a multiplexer, an enable gate control unit, a control unit a shutter driver, a reset pulse shaper, and one output of the line length reference block of the go frame is connected to the input of the enable gate control unit, and the other outputs of the line or frame length reference block is connected to the information inputs of the multiplexer, the output of which is connected to the input of the gate control unit, the output of the block the gate control and the output of the shutter control unit are connected to the inputs of other matching amplifiers, the output of the gate control unit is also connected to the counting the input of the reverse counter and the input of the reset pulse shaper, the output of which is connected to the reset input of the D-trigger, whose output is connected to one of the inputs of the EXCLUSIVE OR element, the other inputs of which are connected to the outputs of the reverse counter, to which the address inputs of the multiplexer are also connected, and the output of the EXCLUSIVE OR element is connected to the enable input of the reverse counter.