ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ ПРИЕМНИК Российский патент 1999 года по МПК H04N9/77 

Настоящее изобретение касается телевизоров, в частности телевизоров, использующих нелинейную обработку сигналов яркости для усиления подробностей изображения в темной и/или светлой области визуализируемых изображений.

Схемы обработки видеосигналов, обеспечивающие усиление подробностей изображения в темной или светлой области визуализируемых изображений, известны. Например, О. Х. Шейд описал такую схему обработки в патенте США 2760008, озаглавленном "Усилитель с управляемыми характеристиками расширения и сжатия сигналов", который был выдан 30 августа 1956 г. Процессор Шейда включает в себя схемы нелинейной обработки: схему так называемого "растягивания сигнала в области черного" и схему так называемого "растягивания сигнала в области белого", которые обеспечивают повышенную видимость подробностей изображений в более темных и более светлых областях визуализируемых изображений. Это достигается путем изменения усиления сигнала яркости как функции уровня сигнала яркости. Например, для улучшения видимости подробностей в более темных областях изображения (здесь и далее именуемое как обработка сигнала "растягиванием в области черного") сигнал яркости подается на нелинейный усилитель, имеющий относительно более высокое усиление в отношении уровней входных сигналов в диапазоне ниже примерно 50 единиц IRE. Аналогичным образом, в случае улучшения подробностей в более ярких областях изображения (здесь и далее именуемое как обработка сигнала "растягиванием в области белого") повышенное усиление подается на входные сигналы в диапазоне выше 50 единицы IRE.

Другой пример нелинейной обработки сигнала яркости, в которой сигнал яркости подвергается разным степеням усиления в разных диапазонах уровней сигнала, описан Т. Окадой в патенте США 4489349, озаглавленном "Схема управления яркостью видеосигналов", который был выдан 18 декабря 1984 г. Устройство Окада включает в себя схему нелинейной обработки видеосигнала, которая обеспечивает переменную гамма-коррекцию сигнала яркости и в которой величина гаммы автоматически определяется управляющим сигналом, поступающим от детектора APL (APL - средний уровень изображения).

Настоящее изобретение частично основано на открытии новой проблемы, касающейся нелинейной обработки сигнала яркости типа, где сигнал яркости подвергается более высокому усилению в некоторых диапазонах амплитуды (яркости) сигнала, чем в остальных. Эта вновь открытая проблема касается пространственного распределения шума в визуализируемых изображениях и является немного трудноуловимой в том смысле, что зависит, наряду с другим, от источников видеосигнала, доступных для конкретного зрителя.

Говоря более подробно, теперь признано, что когда видеосигнал "растягивается" (т.е. непропорционально усиливается), в частности, в диапазоне уровня сигналов IRE, шум в этом диапазоне увеличивается пропорционально по отношению к шуму в других участках изображения. Визуальный эффект в том, что в отношении входных сигналов с низким отношением сигнал/шум происходит неравномерное распределение шума в визуализируемых изображениях, выражающихся в "пятнистом" ("petchy") внешнем виде изображения, которое имеет четкие и размытые визуальные зоны. Этот эффект не воспринимается зрителем, имеющим низкие источники сигнала шума (например, городской зритель или зритель с возможностью спутниковой или кабельной связи), а воспринимается зрителями в "граничных зонах" (fringe areas"), где шум может представлять значительную часть принимаемых сигналов. Другой пример ситуации, когда "эффект неравномерного распределения шума" или эффект "пятнистого изображения" может проявляться, относится к случаю, когда зритель использует VCR (VCR - кассетный видеомагнитофон) в качестве источника сигнала, который выходит за рамки регулировки, или необходима чистка головки, или в случае спутниковой связи, если антенна зрителя неправильно ориентирована.

Следует иметь в виду, что описанная выше проблема "пятнистого изображения" может быть решена простым обесточиванием или блокировкой нелинейной обработки, когда входной сигнал соответствует низкому отношению сигнал/шум. Действительно, такое решение будет решать проблему "пятнистого изображения", но только за счет утраты подробностей в области растянутого изображения.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение проблемы "пятнистого изображения" без блокировки нелинейной обработки.

Решение вышеупомянутой технической задачи в соответствии с настоящим изобретением обеспечивается созданием телевизионного приемника, содержащего фильтр для разделения полного телевизионного сигнала на сигнал яркости и сигнал цветности, первый выход которого подключен к первому входу процессора дисплея, процессор нелинейной обработки сигнала яркости, содержащий блок растяжения сигнала в области белого, делитель напряжения, содержащий последовательно соединенные первый резистор и второй резистор, при этом первые выводы резисторов объединены между собой и подключены к выходу блока расширения сигнала в области белого, выход которого подключен через эмиттерный повторитель к входу блока расширения сигнала в области черного, вторые выводы первого и второго резисторов подключены соответственно к положительному потенциалу и общей шине, при этом вход блока растяжения сигнала в области белого является входом процессора нелинейной обработки сигнала яркости, а выход блока растяжения сигнала в области черного является выходом процессора нелинейной обработки сигнала яркости, при этом далее содержит сумматор, выход которого подключен к второму входу процессора дисплея, и фильтр верхних частот, вход которого подключен к второму выходу фильтра для разделения полного телевизионного сигнала на сигнал яркости и сигнал цветности и к входу процессора нелинейной обработки сигнала яркости, а выход фильтра верхних частот подключен к первому входу сумматора, при этом выход процессора нелинейной обработки сигнала яркости подключен к второму входу сумматора.

На фиг. 1 изображена блок-схема, частично в схематичной форме, телевизора предшествующего уровня техники, в котором используется нелинейная обработка сигнала яркости путем растягивания сигнала в области черного и в области белого; на фиг. 2 - блок-схема, частично в схематичной форме, показывающая модификации в телевизоре фиг. 1, выполненные согласно изобретению для решения проблемы "пятнистого изображения".

Для понимания настоящего изобретения полезно кратко рассмотреть пример известного телевизора, в котором используется нелинейная обработка видеосигнала путем его растягивания в области черного и в области белого. Фиг. 1 представляет пример цветного телевизора модели СТС-169 производства фирмы "Томпсон консумер электронике", который содержит такие средства. Телевизор 10 включает в себя разделительный фильтр 12 сигналов цветности/яркости, который выполняет функцию разделения полного входного телевизионного сигнала S1, подаваемого на него из источника видеосигналов 14, на компонент цветности C1 и компонент яркости Y1.

Телевизор далее включает в себя процессор 16 сигналов, имеющий вход сигнала цветности, соединенный для приема компонента цветности C1, имеющий вход сигнала яркости, соединенный через процессор 20 нелинейной обработки сигнала яркости (обведено пунктиром), для приема компонента яркости, генерируемого фильтром 12, после проведения нелинейной обработки в процессоре 20. Выход процессора 16 дисплея соединен с устройством дисплея 18 (например, кинескопом) для визуализации изображений, имеющих усиленные подробности в диапазонах уровня сигнала яркости, определяемых процессором 20 нелинейной обработки сигнала яркости.

Процессор 20 содержит каскадное соединение процессора 22 растягивания сигнала яркости в области белого с процессором 24 растягивания сигнала яркости в области черного между выходом сигнала яркости разделительного фильтра 12 и входом сигнала яркости процессора 16 дисплея. Для пояснения отличительных признаков настоящего изобретения ниже показана специальная соединительная схема между растягиванием сигнала в области черного и белого, которая содержит цепь 30 резистивной нагрузки, которая служит в качестве выходной нагрузки процессора 22 растягиваемого сигнала в области белого, и эмиттерный повторитель 40, который соединяет сигнал, растянутый в области белого, на выходном узле 32 цепи 30 нагрузки с входом процессора 24 растягивания сигнала в области черного. Цепь 30 нагрузки содержит резисторы R1 и R2, подсоединенные между узлом 32 и соответствующим одним из положительных питающим выводом 34 и источником опорного потенциала (например, земли). Эмиттерный повторитель 40 содержит транзистор Q1 типа NPN, соединенный в общей эмиттерной конфигурации, который имеет базовый электрод, соединенный с узлом 32, коллекторный электрод, соединенный с источником 36 положительного питающего напряжения +V, и эмиттерный электрод, соединенный с источником опорного потенциала (например, землей) через эмиттерный нагрузочный резистор R3 и с входом процессора 24 растягивания сигнала яркости в области черного.

При функционировании сигнал цветности C1 и нелинейно обработанный сигнал яркости V2 обрабатываются процессором 16 дисплея и визуализируются на кинескопе 18 для образования изображений, имеющих улучшенные подробности в зонах более светлого и более темного освещения в результате обработки способом растягивания в области черного и в области белого сигналов процессором 20 линейной обработки сигналов. Как пояснено ранее, шум, который может сопровождать входной видеосигнал S1, будет подвергаться усилению в процессоре нелинейной обработки в "растянутых" зонах изображения. Этот эффект шума, вообще говоря, не будет, в частности, неприятным в случаях, когда входной сигнал S1 содержит относительно низкое отношение сигнал/шум, так как усиление шума в зонах "растянутого" изображения может стать видимым и будет проявляться как изображение "пятнистого" вида, в котором некоторые визуализируемые зоны (растянутые зоны) будут более насыщены шумом, чем другие.

Вышеназванная проблема решена в варианте реализации изобретения, показанного на фиг. 2, путем объединения двух средств схемы. Первое из этих средств схемы содержит цепь 50 селективного шунтирования частоты, которая соединена параллельно с процессором 20 нелинейной обработки сигнала яркости, для шунтирования высокочастотных компонентов компонента Y1 сигнала яркости около процессора 20 нелинейной обработки сигнала яркости. Второе из этих средств схемы, описанное ниже, выполняет функцию ослабления высокочастотных компонентов компонента сигнала яркости, обрабатываемого процессоров 20 нелинейной обработки сигнала яркости.

Шунтирующая цепь 50 содержит блок суммирования 52, который имеет первый вход, соединенный принимать нелинейно обработанный сигнал яркости, генерируемый процессором 20, второй вход, соединенный через фильтр 54 верхних частот принимать сигнал яркости Y3, и выход, соединенный подавать сумму (Y2) сигнала яркости Y3, фильтрованного фильтром верхних частот, и нелинейно обработанного сигнала на процессор 16 дисплея. Фильтр 54 верхних частот содержит последовательное соединение резистора R4 и конденсатора C1. В качестве примерных величин элементов, показанных на чертежах, этот фильтр имеет частоту "сопряжения" около 680 кГц. Как факультативный отличительный признак изобретения, резистор R4 фильтра 54 верхних частот может быть частично шунтирован в отношении верхних частот с помощью конденсатора C2 высокочастотной коррекции, как показано. В качестве примерных иллюстративных величин, показанных на чертеже, этот конденсатор в комбинации с резистором R4 производит высокочастотную коррекцию в полосе сигнала яркости на частоте около 3,7 МГц. Конденсатор C2 может не применяться, когда такая высокочастотная коррекция не требуется.

Второе средство схемы, которое ослабляет высокочастотные компоненты сигнала яркости, обработанного процессором 20 нелинейной обработки, содержит конденсатор C3, подсоединенный между узлом 32 резистивной нагрузки 30 процессора 22 растягивания сигнала в области белого и землей, тем самым образуя фильтр нижних частот в комбинации с цепью нагрузки 30. Величина конденсатора C3 выбирается в соответствии с эквивалентным сопротивлением резисторов R1 и R2 для образования частоты сопряжения фильтра нижних частот по существу такой же, как частота сопряжения фильтра 54 верхних частот в цепи шунтирования 50.

При функционировании нелинейная обработка путем растягивания сигналов в области белого и в области черного применяется только в отношении компонентов низкой частоты сигнала яркости Y1 благодаря ослаблению высоких частот, производимому фильтром нижних частот (R1, R2, R3) в процессоре нелинейной обработки сигнала яркости. Высокие частоты, которые не подвергаются нелинейной обработке, шунтируются около процессора 20 нелинейной обработки шунтирующей цепью 50. В результате высокочастотные компоненты сигнала яркости не подвергаются повышенному усилению и поэтому появляются менее насыщенные шумом, чем могло бы быть в случае, если бы они подвергались только растягиваю.

Визуально высокочастотные компоненты шума представляют равномерное непятнистое распределение в визуализируемых изображениях, и эффект усиления шума ограничен только низкочастотными компонентами шума. В случае специфического варианта реализации, показанного на чертеже, с частотой сопряжения у обоих фильтров, выбранной примерно в диапазоне 550 кГц, было установлено, что достигалось улучшение отношения сигнал/шум около 3,6 дБ благодаря функционированию обеих схем растягивания сигнала в области белого и растягивания сигнала в области черного. Говоря иначе, визуальный эффект немного аналогичен эффекту, достигаемому в случае, когда используется схема сопряжения. Это также притягательно тем, что высокие уровни растягивания сигнала ведут к более высоким уровням улучшения отношения сигнал/шум (или говоря более точно, к меньшему ухудшению отношения сигнал/шум схемами растягивания сигнала).

Здесь показана и описана телевизионная система, имеющая улучшенные подробности в светлых и темных областях изображения, которая существенно снижает эффект неравномерного распределения шума, описанного ранее. Разные изменения могут быть произведены в рамках объема изобретения, как он определен в прилагаемой формуле изобретения. Например, фильтры могут быть выполнены с резисторно-индукторными элементами (RL) вместо резисторно-конденсаторных элементов (RC) в телевизорах, использующих цифровую обработку, фильтрованию нижних частот могут также предшествовать все нелинейные обработки вместо того, чтобы "вклинивать" эту функцию, как показано на иллюстративном варианте реализации. Преимущество "вклиненного" фильтрования (между схемами растягивания сигналов в области белого и в области черного) в том, что фильтр нижних частот может быть просто образован путем добавления одного конденсатора в существующие схемы телевизоров в секции нагрузки схемы растягивания сигнала в области белого в случае показанного варианта реализации.

Полный входной телевизионный сигнал S1 делится на компоненты яркости Y1 и цветности C1 фильтром 12 разделения сигналов, и выделенные компоненты подаются на процессор 16 дисплея, имеющего устройство визуализации изображений 18, соединенное с ним. Для усиления подробностей в темной и светлой зонах визуализируемых изображений сигнал яркости соединяется с процессором дисплея посредством процессора нелинейной обработки 20 сигнала яркости, который обеспечивает дополнительное усиление в темной и светлой зонах, но имеет также тенденцию ухудшить отношение сигнал/шум в этих зонах. Для устранения ухудшения отношения сигнал/шум в усиливаемых зонах телевизор 10 располагает цепью шунтирования 50 для шунтирования высокочастотных компонентов сигнала яркости около процессора нелинейной обработки 20 сигнала яркости и фильтром R1, R2, C1 в процессоре нелинейной обработки сигнала яркости для ослабления высокочастотных компонентов. Техническим результатом является повышение качества изображения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Телевизионный приемник, содержащий фильтр для разделения полного телевизионного сигнала на сигнал яркости и сигнал цветности, первый выход которого подключен к первому входу процессора дисплея, процессор нелинейной обработки сигнала яркости, содержащий блок растяжения сигнала в области белого, делитель напряжения, содержащий последовательно соединенные первый резистор и второй резистор, при этом первые выводы резисторов объединены между собой и подключены к выходу блока расширения сигнала в области белого, выход которого подключен через эмиттерный повторитель ко входу блока расширения сигнала в области черного, вторые выводы первого и второго резисторов подключены соответственно к положительному потенциалу и общей шине, при этом вход блока растяжения сигнала в области белого является входом процессора нелинейной обработки сигнала яркости, а выход блока растяжения сигнала в области черного является выходом процессора нелинейной обработки сигнала яркости, отличающийся тем, что содержит сумматор, выход которого подключен ко второму входу процессора дисплея и фильтр верхних частот, вход которого подключен ко второму выходу фильтра для разделения полного телевизионного сигнала на сигнал яркости и сигнал цветности и ко входу процессора нелинейной обработки сигнала яркости, а выход фильтра верхних частот подключен к первому входу сумматора, при этом выход процессора нелинейной обработки сигнала яркости подключен ко второму входу сумматора. 2. Приемник по п.1, отличающийся тем, что содержит фильтр верхних частот, имеющий заданную частоту сопряжения, содержащий последовательно соединенные резистор и первой конденсатор, выход которого является выходом фильтра верхних частот, а также второй конденсатор, выводы которого подключены параллельно первому и второму выводам резистора соответственно, при этом второй вывод резистора является первым входом фильтра верхних частот. 3. Приемник по п.1, отличающийся тем, что процессор нелинейной обработки сигнала яркости содержит фильтр нижних частот, имеющий частоту сопряжения, соответствующую заданной частоте сопряжения фильтра верхних частот и содержащий конденсатор, выводы которого подключены между выходом блока растяжения сигнала в области белого и общей шиной.