專利名稱：非線性紅、綠、藍(lán)視頻信號處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非線性視頻信號處理。


圖1示出視頻信號傳輸系統(tǒng)各方面的灰度系數(shù)(gamma)，其中曲線1a表示傳輸方面的轉(zhuǎn)換特性，曲線1b表示顯象管(CRT)的轉(zhuǎn)換特性，而曲線1c表示總轉(zhuǎn)換特性。
發(fā)射的NTSC、PAL和SECAM電視(TV)標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號具有0.45至0.5的灰度系數(shù)，而彩色電視(CTV)接收機(jī)的顯象管具有2.8到3.1的灰度系數(shù)。結(jié)果，總轉(zhuǎn)換特性曲線(進(jìn)到攝象機(jī)的光-顯象管輸出的光)不是線性的，而總灰度系數(shù)實(shí)際上約為1.35而不等于1。這意味著顯象管的指數(shù)轉(zhuǎn)換特性不能完全被補(bǔ)償，而引起對顯示的黑色圖象部分的壓縮。這種壓縮致使接近黑色的圖象失去細(xì)節(jié)，而帶彩色區(qū)域褪色為黑色。同時(shí)，相對于黑色部分，白色被過分放大到常常達(dá)到顯象管飽和圖象模糊的程度。線性總轉(zhuǎn)換特性避免這種黑色壓縮，并可通過在電視接收機(jī)中紅、綠和藍(lán)(R、G和B)的各個(gè)放大器中加上0.8的灰度系數(shù)校正來獲得。然而，顯象管輸出光的動態(tài)范圍相當(dāng)小，不達(dá)到引起圖象模糊的顯象管飽和點(diǎn)該范圍便不能擴(kuò)大。因此，增加圖象暗區(qū)放大量的灰度系數(shù)校正造成高信號電平白色信號的壓縮。這可用示出灰度系數(shù)校正斜坡信號的圖2a加以說明。峰值白色須保持與未校正時(shí)虛線同樣電平以避免顯象管圖象模糊。結(jié)果，斜坡信號的上部斜率降低如圖2b所示，觀察者發(fā)現(xiàn)在從灰至白圖象區(qū)缺少對比度而造成褪色圖象。在此場合下，以高亮度對比度失真為代價(jià)獲得該圖象低亮度部分對比度的改進(jìn)。
按照本發(fā)明一個(gè)方面，圖象的可見對比度是通過視頻信號的非線性處理來改進(jìn)的。更具體地說，將視頻信號分離為低電平幅度信號部分(接近黑色)和高電平幅度信號部分(接近白色)以對每個(gè)信號部分進(jìn)行可開的非線性處理。對低電平幅度信號部分進(jìn)行非線性處理并與原線性信號相組合。按照本發(fā)明另一方面，對較高電平幅度的信號部分作非線性處理及高通濾波并與原線性信號組合。按照本發(fā)明再一方面，將非線性處理的低電平幅度信號部分和非線性處理且高通濾波的高電平幅度信號部分與原線性信號組合以產(chǎn)生在灰至白圖象區(qū)域中具有增強(qiáng)的細(xì)節(jié)信號對比度的經(jīng)灰度系數(shù)校正的視頻信號。
參考附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明。在附圖中圖1如前所述，示出發(fā)射機(jī)、電視接收機(jī)以及包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的總的電視系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換特性。
圖2如前所述，示出斜坡信號的圖形表示，該斜坡信號已作灰度系數(shù)校正，有助于理解圖3和圖4電路的優(yōu)點(diǎn)。
圖3示出按照本發(fā)明一個(gè)方面的實(shí)例電路的框圖表示。
圖4示出按照本發(fā)明一個(gè)方面的圖3電路的更詳細(xì)的框圖表示。
圖5和圖6分別示出時(shí)間和頻率域波形，有助于理解圖3和圖4電路的操作。
圖7示出按照本發(fā)明另一方面實(shí)現(xiàn)圖4電路的電路實(shí)施詳細(xì)原理圖。
圖8示出按照本發(fā)明又一方面的圖4電路的最佳電路實(shí)施的詳細(xì)原理圖。
在這些圖中，相對應(yīng)元件用相同標(biāo)號加以標(biāo)識。
圖3示出彩色電視接收機(jī)亮度-色度處理器10和視頻輸出放大器12之間耦合的主電路的方框圖表示。圖上只示出紅色(R)通道的電路，而綠色(G)和藍(lán)色(B)通道使用相同的電路，由實(shí)例示出的處理器10的R輸出信號是具有豎直短線指示的重疊的細(xì)節(jié)信號16的線性斜坡(14)。細(xì)節(jié)信號16是頻率高于0.5MHz并對應(yīng)于28英寸屏幕尺寸彩色電視接收機(jī)水平方向上小于1.2cm圖象細(xì)節(jié)的視頻信號。
R信號耦合到非線性或軟信號分離器18，該分離器將信號“逐漸地”分離為低電平部分(黑到灰圖象區(qū)域)和高電平部分(灰到白圖象區(qū)域)。由可包括電容器C的高通濾波器20對該高電平信號部分進(jìn)行濾波。將低電平信號直流耦合到加法器22。高電平信號的高通濾波部分通過電容器C交流耦合到加法器22。由加法器22組合原R信號、低電平信號部分和高通濾波的高電平部分以產(chǎn)生耦合到放大器12的輸出信號。將低電平部分(黑到灰)加到R信號形成灰度系數(shù)校正。再加上高通濾波的部分使高電平(灰到白)視頻細(xì)節(jié)信號對比度增強(qiáng)。
圖4更詳細(xì)地示出圖3的電路。圖5和圖6的波形有助于說明圖4電路的操作。波形5a示出由階梯波15和2MHz左右疊加的細(xì)節(jié)信號16組成的輸入信號V1波形5b和5c示出由非線性信號分離器18執(zhí)行的“軟”信號分離。應(yīng)當(dāng)指出V2的差幅逐漸降低而V3的差幅逐漸增加。V2和V3的和等于輸入電壓V1。信號分離的頻率響應(yīng)是平坦的，如圖5a′-5c′中相應(yīng)的頻率響應(yīng)曲線所示。由電壓V1和V2通過電阻R1和R2驅(qū)動視頻輸出放大器12，其中R2阻值和R1相等。V2差幅的減小表示視頻輸出放大器12的增益從60到30(對應(yīng)于0.8的灰度系數(shù))的漸變。在圖6a圖示該漸變，而圖6a′示出V1和V2之和。該差幅(對比度)逐漸減小到較高信號電平。可通過高通濾波器20傳送V3，導(dǎo)出高頻細(xì)節(jié)信號V4。V4的輸出電壓和頻率響應(yīng)如5d和5d′圖示。電壓V4電容耦合(通過電容器C2)到視頻放大器12以產(chǎn)生圖6b和6b′所示的信號V1+V4?？捎孟喈?dāng)?shù)妥柚档鸟詈想娮鑂4(阻值＝R1/2)獲得提升6dB的細(xì)節(jié)信號。耦合電容器C2防止將任何亮度信號(直流分量)加至視頻放大器12輸入端。圖6c和6c′圖示類似于反相的放大器12輸出電壓的驅(qū)動電流i5。圖6c的低頻階梯信號類似于圖6a，但細(xì)節(jié)信號被充分提升以便在亮度區(qū)獲得圖象細(xì)節(jié)增強(qiáng)的對比度。平均電子束電流由于交流耦合并無顯著增加。也可通過耦合電容器C1和電阻R3(阻值＝5R1)小量增加V3以免大的光亮的圖象區(qū)域的彩色退飽和。
圖7示出按照本發(fā)明的實(shí)例的非線性信號處理器的原理圖。RGB處理器10，例如，由荷蘭philips公司制造的TDA3506集成電路通過電阻30驅(qū)動視頻輸出放大器12。反饋電阻32確定放大器12的增益。用偏置電阻34在驅(qū)動電流i5等于0時(shí)進(jìn)行調(diào)整使顯象管的輝點(diǎn)截止電壓設(shè)置為150伏特。該調(diào)整需要對CRT第二柵極的適當(dāng)調(diào)整(未示出)。自動屏幕偏置(AKB)電路36調(diào)整處理器10輸出的黑色電平使黑色信號的i5為0，Q3偏置電流通過電阻30流入處理器10，使黑色電平為如V所指出的2伏特。
晶體管Q1為單位增益反相器和直流電平移位器，差分放大器Q2、Q3和Q4提供如圖5b和5c波形示出的信號分離。對Q3和Q4的基極進(jìn)行偏置以使對黑色圖象對應(yīng)的信號Q3導(dǎo)通而Q4截止。電流源Q2使該信號反相以便電流i2與電壓V1同相位。
增大的斜坡電壓V1產(chǎn)生增大的斜坡電流i2，將該電流i2加到放大器12的驅(qū)動電流i5并產(chǎn)生灰度系數(shù)校正。電流i2的波形和圖5b的電壓V2的波形相同。將Q2發(fā)射極電壓通過電阻38耦合到Q4基極。增大的電壓V1使Q2發(fā)射極電壓下降、使Q4基極電壓下降直至Q4開始導(dǎo)通。結(jié)果，圖5c的電壓V3逐漸增大而V2斜率逐漸減小。反饋電阻40提供Q2集電極電流在Q3到Q4之間的平滑轉(zhuǎn)變，如波形5b和5c所示。V1進(jìn)一步增大使i2保持不變而使V3以V1同樣速率增大。由于電阻38、40和42的阻值，這可用增益為1的Q4來實(shí)現(xiàn)。
將電阻42兩端產(chǎn)生的分離的中到高電平信號V3加到射極跟隨器Q5，該射極跟隨器驅(qū)動包括電阻44和電容46的高通濾波器。少量V3信號通過電容48和電阻50饋給輸出放大器12。如前指出，該交流耦合寬帶信號改進(jìn)了亮圖象區(qū)的色飽和度，否則會因灰度系數(shù)校正引起信號壓縮，而輕微失飽和。由包括晶體管Q6的放大器對中到高電平的細(xì)節(jié)信號電壓V4進(jìn)行放大以獲得6dB提升的細(xì)節(jié)信號。將細(xì)節(jié)信號通過電容54和電阻52耦合到輸出放大器12。還如前所述，交流耦合的優(yōu)點(diǎn)是改進(jìn)了輝度(對比度細(xì)節(jié))而不增加平均光束電流并且不改變黑色電平。
圖8示出按照本發(fā)明的、使用TDA 3552集成電路作為信號源10的非線性視頻信號處理器最佳實(shí)施例的電路圖。該電路將有效負(fù)載視頻輸出放大器用作放大器12。通過電阻64提供電壓反饋以便在其輸入端66獲得低阻抗疊加點(diǎn)。
輸入射極跟隨器Q10用作視頻電壓V1的低阻抗源。差分對Q12、Q13將視頻電壓V1分裂為低和高亮度的信號I2和V3。晶體管Q12在對應(yīng)于非常低圖象亮度的信號電平下完全導(dǎo)通。這樣，并行地耦合電阻68和70使輸出放大器12產(chǎn)生增益為60。該電路的信號分裂產(chǎn)生驅(qū)動電流I2代替圖4所示電壓V2。
晶體管Q12隨V1增大而導(dǎo)通減小，當(dāng)晶體管Q12截止時(shí)增益達(dá)到30，輸出放大器增益的逐漸變化如I2所進(jìn)行那樣，產(chǎn)生所要求的灰度系數(shù)校正。在中亮度信號電平時(shí)晶體管Q12截止之前，晶體管Q13開始導(dǎo)通并在其集電極產(chǎn)生電壓V3。電壓V3表示包含灰色和峰值白色之間亮度電平的圖象信息。將信號電壓V3加到驅(qū)動包括電阻72和電容74的高通濾波器的射極跟隨器Q14。該高通濾波器將對應(yīng)于灰色的信號V4分離為用于增強(qiáng)對比度的白色區(qū)域細(xì)節(jié)信號。信號V4由晶體管Q15放大以產(chǎn)生通過電容器82和電阻84耦合到放大器12的細(xì)節(jié)信號。如前所述，將少量V3信號通過電容器76和電阻79直接交流反饋到輸出放大器12。
晶體管Q12和Q13的基極偏置于由二極管Di和D2建立的固定的相對電壓上。電阻78產(chǎn)生0.3mA的靜態(tài)電流通過晶體管Q13以免晶體管Q13被灰色電平信號峰值所截止。
通過將晶體管Q10發(fā)射極的黑色電平電壓設(shè)置為3.5伏，以及通過正確調(diào)整CRT的第二柵極電壓，從而將顯象管陰極80的光點(diǎn)截止電壓(未示出)設(shè)置為大約160V。
本電路無須在RGB通道間校準(zhǔn)以避免統(tǒng)調(diào)誤差。這是由于逐漸的信號分離的結(jié)果。
本電路利用這樣的一種事實(shí)，即相對于延展到大區(qū)域的變化而言，肉眼對小的圖象區(qū)域的對比度變化更為敏感。將中到高亮度圖象細(xì)節(jié)所產(chǎn)生的頻率加以提升并交流耦合于主視頻信號。這便形成對亮度的顯著改進(jìn)而不增加平均光束電流。該交流耦合僅增加所謂細(xì)節(jié)對比度，而直流亮度信號和大區(qū)域?qū)Ρ榷榷疾皇苡绊?。在顯象管圖象模糊出現(xiàn)之前，可驅(qū)動該顯象管在小區(qū)域細(xì)節(jié)時(shí)的光束電流大于大區(qū)域信號時(shí)的光束電流。因?yàn)榇笮惋@象管由電子槍、蔭罩板和熒光體限制在差不多與較小管相同的峰值束電流，而圖象要遍布大得多的區(qū)域，所以顯得比小管暗且對比度小，所以，這種亮度改進(jìn)對大型顯象管尤為重要。
權(quán)利要求
1.視頻信號處理裝置，其特征在于用于將視頻信號(V1)分離為對應(yīng)于所述視頻信號(V1)較低幅度電平的第一信號(V2)以及對應(yīng)于所述視頻信號(V1)較高幅度電平的第二信號(V3)的裝置(18)。用于對所述第二信號(V3)進(jìn)行高通頻率濾波的裝置(20)，以及用于組合所述視頻信號(V1)、所述第一信號(V2)和所述高通頻率濾波第二信號(V4)以產(chǎn)生組合信號(i5)的裝置(R1、R2、R4)。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于所述裝置(18)用于將所述視頻信號(V1)逐漸分離為所述第一(V2)和第二信號(V3)。
3.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述高通頻率濾波第二信號(V4)交流耦合(C2)到所述組合裝置。
4.如權(quán)利要求3所述裝置，其特征在于，所述第一信號(V2)直流耦合(R2)到所述組合裝置。
5.如權(quán)利要求4所述裝置，其特征在于，所述組合裝置包含加法器。
6.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述視頻信號(V3)是紅、綠和藍(lán)信號中至少一個(gè)。
7.如權(quán)利要求4所述裝置，其特征在于，所述第二信號(V3)的至少一部分交流耦合(C1)到所述組合裝置。
全文摘要
非線性視頻信號處理系統(tǒng)提供灰度系數(shù)校正以改進(jìn)接近黑色的圖象細(xì)節(jié)的再現(xiàn)。此外，使用亮度和頻率相關(guān)的增強(qiáng)電路在亮的圖象區(qū)域中提高細(xì)節(jié)信號反差來改進(jìn)圖象亮度。在各彩色信道中，將各個(gè)彩色信號(R、G、B)逐漸分離(18)為低電平幅度信號部分(V
文檔編號H04N9/69GK1051651SQ90109109
公開日1991年5月22日 申請日期1990年11月9日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月10日
發(fā)明者彼得·愛德華·哈弗爾, 托馬斯·海因茨·索達(dá) 申請人:Rca許可公司