УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ ЯРКОСТИ И КОНТРАСТА В ТЕЛЕВИЗИОННОМ ПРИЕМНИКЕ Российский патент 1999 года по МПК H04N5/44 

Изобретение относится к схемам обработки видеосигналов и, в частности, к схемам обработки сигналов яркости цветного телевизионного приемника.

В цветном телевизионном приемнике обычно предусматривают отдельные усилительные каналы для составляющих яркости и цветности сложного цветного телевизионного сигнала. Усилитель яркости включает схемы управления как контрастностью, так и яркостью, которые по крайней мере до некоторой степени обычно регулирует телезритель. Управление контрастностью регулирует коэффициент усиления видеоусилителя, определяя размах амплитуды части строки развертывания видео- или синхросигнала, подаваемого на кинескоп или электронно-лучевую трубку. Управление яркостью обычно регулирует черный уровень видеосигнала, определяя точку, рядом с которой происходит гашение электронного луча электронно-лучевой трубки. Обычно регулируемый черный уровень соотносят с уровнем задней площадки гасящего импульса видеосигнала, а яркостью управляют при помощи схем включения постоянного тока или восстановления постоянной составляющей. Этот уровень яркости может оптически соответствовать черному цвету. Однако этот уровень "черного" может быть настроен телезрителем на более высокий уровень ярости, например серый.

С этой целью модифицируют средство установки уровня для регулировки яркости телевизионного приемника путем настройки средства управления амплитудой для регулировки контрастности так, чтобы изменить максимальный уровень яркости изображения электронно-лучевой трубки в прямой взаимосвязи с настроенным уровнем контрастности. В такой ситуации регулировка телезрителям управления контрастностью часто не будет приводить к необходимости соответствующей регулировки им настройки управления яркостью с целью сохранения видимой черноты темных частей изображения. Преимущество этого можно оценить, учтя то, что в яркой окружающей обстановке диапазон регулировки яркости, необходимый для задания ощутимого изменения в освещенности деталей черных частей картинки изображения, больше, чем диапазон, необходимый в условиях слабого света окружающего пространства. Обычно управление контрастностью будет настроено на высокий уровень для просмотра в условиях высокой освещенности и на более низкий уровень для более темных условий окружающего пространства. Поэтому управление контрастностью можно рассматривать как показатель восприятия телезрителем выходных уровней света электронно-лучевой трубки.

Желательно не только избегать диапазона настройки чрезмерной яркости для улучшения средства регулировки, предоставляемых человеку, обеспечивая телезрителям оптимальным диапазоном настройки яркости, как казано выше, но также снижать некоторые пределы в конструкции устройства автоматического ограничителя луча. Если разрешен диапазон настройки чрезмерной яркости, то ограничителю луча необходимо работать более сложным путем, чтобы эффективно ограничивать лучевой ток. Ограничитель луча распознает какое-то напряжение или какой-то ток, которые имеют некоторую взаимосвязь с лучевым током, и управляет некоторым атрибутом видиосигнала для ограничения тока луча заранее определенной величиной. Двумя ведущими видеохарактеристиками, которыми обычно управляют, являются контрастность и яркость. Кстати, управлять яркостью для управления током луча менее желательно, чем управлять контрастностью, потому что изменение претерпевает составляющая постоянного тока видеосигнала, а черный уровень по определению имеет низкие потребности тока луча, так как он является "черным". Более желательно снижать контрастность. Однако необходимо управление как контрастностью, так и яркостью для страховки от такой ситуации, когда телезритель смог установить самую низкую возможность, но настроил широкодиапазонное управление яркостью на очень высокую установку таким образом, что даже при очень низкой контрастности электронно-лучевая трубка продолжает возбуждаться до слишком большого тока луча. Обычно поэтому при распознавании чрезмерных токов луча устройство автоматического ограничителя луча сначала действует так, чтобы уменьшить контрастность, а если уменьшение контрастности не устанавливает токи луча электронно-лучевой трубки в заранее определенные пределы, второй уровень работы состоит в уменьшении яркости. Таким образом, конструкция устройства автоматического ограничителя луча должна охватывать ситуацию чрезвычайной высокой настройки управления яркостью при низкой настройки контрастности, что требует от автоматического ограничителя луча осуществления управления яркостью в широком диапазоне.

При широком диапазоне настроек управления яркостью, выполняемых телезрителем, выбор конструкции автоматического ограничителя луча состоит в том, чтобы либо иметь широкий диапазон управления для регулировки контрастности, либо иметь широкий диапазон управления для регулировки яркости. Если автоматическому ограничителю яркости задают возможность изменения управления контрастности гораздо больше 4 или 5:1 в сочетании с возможностью непомерно высокой установки управления яркостью для телезрителя, результатом может быть чрезмерно размытое изображение на картинке. Поэтому все, что может быть сделано для предотвращения наличия чрезмерного диапазона управления яркостью для телезрителя, позволяет иметь ограничитель луча, в большей степени опирающийся на управление контрастностью, что является предпочтительным подходом.

Таким образом, желательно проектировать наименьший практически достижимый диапазон управления яркостью для телезрителя, чтобы освободить автоматический ограничитель луча от необходимости компенсации возможных избыточных состояний, о которых шла речь выше. Тем самым, настоящее изобретение приводит к уменьшению сложности и снижению возможных погрешностей, вносимых работой автоматического ограничителя луча.

Краткое изложение существа изобретения.

Управление яркостью предназначено для обеспечения максимального диапазона с максимально возможной настройкой яркости при максимальной установке контрастности. Здесь признается, что когда максимальную настройку контрастности понижают до более низкой установки контрастности, максимальный диапазон управления яркостью может быть большим, чем это требуется. Соответственно, признается желательность использования информации об управлении контрастностью для изменения диапазонов управления яркостью.

Описание чертежей.

Для лучшего понимания настоящего изобретения сделана ссылка на соответствующие чертежи, в которых:
- фиг. 1 является графическим представлением передаточной функции схемы настоящего изобретения,
- фиг. 2 является схематическим представлением одного из схемных вариантов воплощения в соответствии с отличительными особенностями настоящего изобретения,
- фиг. 3 является схематическим представлением другого схемного варианта воплощения в соответствии с отличительными особенностями настоящего изобретения и
- фиг. 4 является схематическим представлением упрощенной схемы фиг. 3.

На различных чертежах подобные цифровые обозначения применяются к подобным элементам.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения.

Обратимся теперь к чертежу фиг. 1, на котором показана передаточная функцимя в соответствии с настоящим изобретением, когда диапазон управления яркостью изменяют в соответствии с настройкой управления контрастностью. Абсцисса показывает установку управления яркостью от нудя до 100 процентов, а ордината откалибрована в нормализованном выходном напряжении яркости V_brt. Передаточная функция фиг. 1 имеет линейную часть 10 с постоянным каналом там, где выходное или управляющее напряжение V_brt линейно увеличивается в зависимости от настройки управления яркостью при низких установках яркости независимо от настройки управления контрастностью. Однако для высоких установок яркости, за пределом точки 12, передаточной функцией может быть любая из семейства кривых, включая часть 11, которая является продолжением части 10, когда настроена максимальная контрастность, вплоть до части 13, которая имеет уменьшенный наклон при установке минимальной контрастности. Следует отметить, что часть 13 и другие кривые семейства имеют наклон больше нуля. В альтернативном варианте осуществления семейство кривых может иметь нулевой или близкий к нулю наклон для обеспечения более резкой отсечки управления яркостью. Однако полагают, что уменьшенный наклон позволяет телезрителю лучше "чувствовать" управление.

Фиг. 2 представляет схему одного из вариантов осуществления изобретения для реализации передаточной функции фиг. 1. Говоря в общем, телевизионный сигнал, принимаемый антенной 5 или другим соответствующим источником сигнала, как например, кабельная система, обрабатывают посредством тюнера 6, усилителя промежуточной частоты 7 и детектора 8, причем сигнал яркости 9 отделяют от сигнала цветности 10. Сигналы яркости и цветности соответствующим образом обрабатывают и объединяют в матрице 11 для возбуждения электронно-лучевой трубки 12. Обработка сигнала яркости обычно включает усиление и обработку сигнала в целях реализации различных атрибутов сигнала яркости, таких как контрастность и яркость.

Устройство управления контрастностью 20 включает потенциометр 22, подключенный между соответствующим источником напряжения V_c и землей, со скользящим контактом переменного положения 24 для изменения выходного напряжения V_pix, представляющего контрастность или управляющую настройку изображения. Управляющее напряжение изображения V_pix подключено к усилителю управления контрастностью 25 в канале обработки яркости (V). Соответствующим образом устройство управления яркостью 30 включает потенциометр 32, подключенный между соответствующим источником напряжения V_b и землей, со скользящим контактом переменного положения 34 для изменения выходного напряжения V_brt, представляющего управляющую настройку яркости. Управляющее напряжение яркости V_brt подключено к управляющему усилителю яркости 35 в канале обработки яркости. Управляющий усилитель контрастности 25 и управляющий усилитель яркости 35 представляют собой стандартные воплощения, обычно используемые в телевизионных приемниках для управления соответственно контрастностью и яркостью. Управляющая схема ограничителя луча 36 детектирует ток луча электронно-лучевой трубки 12 и, в ответ на превышение током луча порогового значения, приводит в действие управляющий усилитель контрастности 25 и управляющий усилитель яркости 35 с целью уменьшения контрастности и/или яркости для снижения тока луча известным для специалистов в данной области техники способом. Как рассмотрено выше, таким образом настоящее изобретение понижает требования, предъявляемые к ограничителю луча.

Между скользящим контактом 34 устройства управления яркостью 30 и контактом 24 устройства управления контрастностью 20 подключают нелинейный элемент, показанный, например, как диод 38, который направлен для проводимости от устройства управления яркостью 30 к устройству управления контрастностью 20. Пока нелинейный элемент 38 не начинает проводить, управление яркостью и управление контрастностью действуют независимо друг от друга. Развязывающее сопротивление 36 подключено между управлением яркостью 30 и анодом диода 38. Сопротивление делителя напряжения 40, подключенное последовательно с диодом 38, будет более подробно рассмотрено ниже. В настоящий момент будем полагать, что сопротивление 40 шунтировано.

Диод 38 будет проводить, когда напряжение прямого смещения от анода (подключенного к V_brt) к катоду (подключенному к V_pix) превышает порог для элемента, который для крепления составляет около 0,55 вольт. Соответственно, как только управляющий скользящий контакт 34 установят в положение для увеличения управляющего напряжения яркости V_brt, на некотором пороговом напряжении, связанном с управляющим напряжением контрастности V_pix, (то есть при 0,55 вольт плюс V_pix) диод 38 будет проводить, тем самым фиксируя V_brt пороговым напряжением и не допуская дальнейшего повышения V_brt. Это ограничивает максимум, до которого может подняться V_brt, тем самым уменьшая максимальную яркость, на которую может быть настроено изображение. Так как V_pix является регулируемым напряжением, то чем выше оно настроено (то есть, чем выше контрастность), тем выше можно установить V_brt и тем выше максимальная яркость изображения. И, наоборот, чем ниже настроено V_pix, тем ниже может быть установлено максимальное V_brt и тем ниже максимальная яркость изображения.

В только что описанном случае без сопротивления 40 V_brt жестко зафиксировано, когда диод 38 проводит, и семейство кривых передаточной функции яркости будет иметь нулевой наклон за пределами переменного порогового напряжения (в зависимости от положения управления контрастностью 20). Резистор 40 является необязательным сопротивлением, обеспечивающим наклон увеличенного напряжения больше нуля, но меньше наклона части 11 передаточной функции. В таком случае, когда диод 38 проводит, через сопротивление 40 происходит падение напряжения, и любое изменение в установке управления яркостью 30 приводит к изменению V_brt, которое является изменением в настройке управления яркостью 30, ослабленным делением напряжения на сопротивлениях 37 и 40 (при постоянных V_pix и напряжении анод-катод через диод 38). Таким образом, отношение сопротивления между резисторами 37 и 40 определяет наклон увеличения V_brt для семейства кривых передаточной функции фиг. 1.

Управление уровнем яркости, адаптированное для управления уровнем изображения, также может быть реализовано в варианте воплощения, включающем цифроаналоговые преобразователи 46 и 62 для генерирования управляющих напряжений контрастности и яркости, что конкретно подходит для цифрового управления обработкой яркости, как показано на фиг. 3.

Транзистор p-n-p 42 имеет коллекторный электрод, подключенный к земле, базовый электрод, подключенный к управляющему напряжению контрастности V_pix на выходной клемме 47 цифроаналогового преобразователя изображения (pix) 46, и эмиттерный электрод, подключенный к выходной клемме 51 напряжения яркости V_brt. Цифроаналоговый преобразователь 46 имеет переключающий элемент 46a, управляемый импульсами двоичной чистоты или сигналом широтно-импульсной модуляции, характеризующим управляющее напряжение изображения. База транзистора 42 подключена к соединению сопротивления 48 (которое связано с землей через переключатель 46a) с сопротивлением 56 (которое связано с напряжением питания V_cc). Конденсатор 66 является конденсатором сглаживающего фильтра для цифроаналогового преобразователя 46.

Эмиттерный электрод транзистора 42 связан с выходной клеммой 51 цифроаналогового преобразователя 62 через сопротивления 52 и 54. Цифроаналоговый преобразователь 62 имеет переключающий элемент 62a, подобный по функции переключающему элементу 46a. Эмиттерный электрод транзистора 42 связан с переключателем 62a, который соединен с землей, и сопротивлением 58 через сопротивление 52. Сопротивление 54 подключено к соединению сопротивления 60 (которое связано с V_cc) с сопротивлением 64 (которое связано с землей). Конденсатор 68 является конденсатором сглаживающего фильтра для цифроаналогового преобразователя 62, конденсатор 67 является конденсатором сглаживающего фильтра питания.

Переключатель 46a цифроаналогового преобразователя контрастности и переключатель 62a цифроаналогового преобразователя яркости часто включены в интегральную схему, например, выпускаемую корпорацией Моторола как N M068HC05TV1. Выходные схемы цифроаналогового преобразователя такого вида обычно являются биполярными или МОП-транзисторами, показанными на фиг. 3 как переключатели 46a и 62a, переключаемые между разомкнутыми и замкнутыми состояниями импульсами с переменным коэффициентом заполнения или импульсным сигналом типа умножителя частоты передачи битов.

На фиг. 3 транзистор 42 является нелинейным элементом со схемой базы-эмиттера, имеющей порог проводимости, соответствующий диоду фиг. 2. Транзистор 42 не проводит, пока базовый электрод не имеет достаточно прямого смещения для проводимости. Ниже этого порога проводимости управления контрастностью и яркостью работают независимо друг от друга.

В частности, управляющий сигнал контрастности V_pix, вырабатываемый цифроаналоговым преобразователем 46 и 47, подают на базовый электрод. Управляющий сигнал яркости V_brt, вырабатываемый цифроаналоговым преобразователем 62 и 51 и подаваемый на эмиттерный электрод, модифицируют шунтирующим или нагрузочным действием транзистора 42 в ответ на напряжение, подаваемое на базовый электрод из цифроаналогового преобразователя 46. Когда напряжение, вырабатываемое цифроаналоговым преобразователем 46, достигает порога проводимости схемы базы-эмиттера, схема коллектора-эмиттера транзистора 42 начинает проводить и обеспечивает переменное шунтирование на землю. Так как эмиттерный электрод транзистора 42 имеет низкий выходной импеданс, сопротивление 52 и выходной импеданс эквивалентной схемы Тевенина переключателя 62a цифроаналогового преобразователя яркости по существу определяют наклон управляющего сигнала яркости V_brt выше точки прерывания. Однако сопротивление 42 фиг. 3 обеспечивает более лучшую развязку между схемами контрастности и яркости, чем диод 38 фиг. 2, все же позволяя V_pix продолжать оказывать влияние на V_brt.

Упрощенная версия схемы фиг. 3 показана на фиг. 4 с сопротивлением 69, представляющим выходной импеданс эквивалентной схемы Тевенина цифроаналогового преобразователя 46, и сопротивлением 70, представляющим выходной импеданс эквивалентной схемы Тевенина цифроаналогового преобразователя 62.

Следует отметить, что цифроаналоговые преобразователи 46 и 62 с их соответствующими выходными переключателями 46a и 62a являются только примерами возможных цифровых реализаций раскрываемой здесь системы. В рамках замысла настоящего изобретения является также и то, что в цифровой системе видеосигнал преобразуют в цифровой формат и обрабатывают в цифровой форме. Хотя взаимодействие между управлениями контрастностью и яркостью было объяснено на примере аналоговой схемы, включающей нелинейный элемент, взаимодействие можно осуществлять в цифровой форме, включающей контроль программного обеспечения посредством микропроцессора, такого как микропроцессор 72 фиг. 3. Объем приводимой ниже формулы изобретения предполагает включение этой и других модификаций.

Перевод надписей на чертежах
Фиг. 1
1 - Установка управления яркостью (%)
2 - Нормализованное напряжение управления яркостью
Фиг. 2
6 - Тюнер
7 - Промежуточная частота
8 - Детектор и разделитель цветности
9 - Обнаруженный сигнал яркости
10 - Обнаруженный сигнал цветности
20 - Управление контрастностью
25 - Управляющий усилитель контрастности
30 - Управление яркостью
35 - Управляющий усилитель яркости
36 - Управление током луча
СНРОМА - цвет
11 - Матрица
12 - Электронно-лучевая трубка
Фиг. 3
46, 62 - Цифроаналоговый преобразовательт

Изобретение относится к схемам обработки видеосигналов, в частности к схемам обработки сигналов яркости цветного телевизионного приемника. Устройство для регулирования яркости и контраста в телевизионном приемнике содержит источник видеосигнала, средство обработки, устройство визуального отображения. Tехническим результатом является то, что установка уровня регулировки яркости в средстве обработки осуществляется таким образом, что максимальный уровень яркости изображения на ЭЛТ изменяется в прямой связи с отрегулированным уровнем контрастности. 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для регулировки яркости и контраста в телевизионном приемнике, содержащее источник видеосигнала, средство обработки видеосигнала, устройство визуального отображения, причем блок обработки видеосигнала содержит схему для управления контрастом и схему для управления яркостью, блок управления контрастом, связанный со схемой для управления контрастом, блок управления яркостью, связанный со схемой для управления яркостью, нелинейный элемент, отличающееся тем, что нелинейный элемент установлен между схемой управления контрастом и схемой для управления яркостью. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нелинейный элемент, установленный между схемой для управления яркостью и схемой для управления контрастом, содержит резистор, последовательно соединенный с диодом. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по крайней мере один из блока управления яркостью и блока управления контрастом содержит средство потенциометра, установленное между источником сигнала управления и источником опорного потенциала. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по крайней мере один из блока управления яркостью и блока управления контрастом содержит средство цифрового управления. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что средство цифрового управления содержит цифроаналоговый преобразователь. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нелинейный элемент связан с блоком управления яркостью, а блок управления контрастом содержит средство цифровой обработки, управляемое программным обеспечением. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что средство цифровой обработки, управляемое программным обеспечением, содержит микропроцессор.