УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ УПРАВЛЯЕМОЙ НЕЛИНЕЙНОЙ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ Российский патент 2000 года по МПК H04N5/205 

Изобретение относится к управляемой нелинейной обрабатывающей схеме и более конкретно к такой схеме для увеличения контрастности телевизионного изображения.

В одновременно поданной заявке на патент США, порядковый N РКА 85,479, озаглавленной "Динамическая телевизионная система, включающая в себя обрабатывающие секции автоматического контраста и "белой тянучки", раскрываются преимущества использования обрабатывающей "белую тянучку" секции в телевизионной системе. Белая тянучка подчеркивает или поднимает амплитуды яркостных амплитуд срединного диапазона по отношению к высоким яркостным амплитудам как функции управляющего сигнала, представляющего характеристику изображения, с целью увеличить контрастность воспроизводимого изображения. Преимущества обработки белой тянучки кратко обсуждаются в настоящей заявке. Однако настоящая заявка прежде всего относится к преимущественному устройству для обеспечения управляемой нелинейной амплитудной характеристики, которая может быть применена, чтобы производить белую тянучку.

Согласно особенности изобретения нелинейный обрабатывающий прибор включает в себя первый и второй усилители, приспособленные для создания линейного и нелинейного выходных сигналов в ответ на входной сигнал, и "смягчающий переключатель" для присоединения выходных сигналов в соответствии с управляющим сигналом. Особенно в соответствии с другой особенностью изобретения, первый и второй усилители содержат повторители напряжения, имеющие их входы, соединенные в параллель, а их выходы, соединенными вместе первым резистором резистивного делителя напряжения. Напряжение смещения присоединяется к второму усилителю так, что второй усилитель будет отключаться раньше первого усилителя. Перед отсечкой второго усилителя выходные сигналы, создаваемые усилителями, имеют одинаковую амплитуду, но ток не течет через первый резистор. После отсечки второго усилителя ток течет через первый резистор, и под делящим напряжение действием делителя напряжения ослабленный вариант выходного сигнала первого усилителя проявляется на выходе второго усилителя. Как результат линейный выходной сигнал создается на выходе первого усилителя и нелинейный выходной сигнал создается на выходе второго усилителя.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1A и 1B - соответственно амплитудная характеристика белой тянучки и блок-схема прибора, имеющего передаточную функцию белой тянучки;
на фиг. 2A и 2B - соответственно схематика устройства первого и второго усилителей для осуществления некоторых блоков прибора фиг. 1B и объединенные передаточные функции;
на фиг. 3A и 3B - источники тока, также применяемые в осуществлении прибора фиг. 1B;
на фиг. 4 - схематика управляющей током цепи для осуществления другого блока прибора фиг. 1B;
на фиг. 5 - дополнительные источники тока, которые могут быть применены вместо тех, которые показаны в фиг. 3A и 3B;
на фиг. 6 - схематика полного осуществления прибора фиг. 1B, использующего части, показанные в фиг. 2A и 3A, 3B и 4; и
на фиг. 7 изображено как прибор белой тянучки фиг. 1B может быть применен в телевизионной системе.

В фигурах одинаковые ссылочные номера предписаны одинаковым или подобным элементам.

В последующем описании предполагается, что положительно идущие части яркостного сигнала соответствуют белоидущим частям воспроизводимого изображения.

Теперь обратимся к фигуре 1A, где показана амплитудная характеристика белой тянучки. Амплитудная характеристика включает семейство нелинейных передаточный функций, имеющих возрастающую крутизну /наклон/ для среднедиапазонного и более низкого уровня уровней яркостных амплитуд по сравнению с уровнями амплитуд с высокой яркостью. Степень нелинейности возрастает как обратная функция величины управляющего сигнала V_C.Для наивысшей величины V_C1 управляенмого сигнала V _C амплитудная характеристика сворачивается до линейной передаточной функции. Для более низких величин /напр., V_C2<V_C1 передаточные функции становятся более нелинейными.

Действенный путь генерирования передаточной функции фигуры 1A показан в фигуре 1B. Входное напряжение на входе 182 присоединяется в параллель к входу линейного усилителя 184 и к входу нелинейного усилителя 186. Выходные сигналы усилителей 184, 186 соединяются со "смягчающим переключателем" 188, который объединяет линейный и нелинейный выходные сигналы в соответствии с управляющим напряжением V_C, чтобы выдавать окончательный выходной сигнал на выходе 192. Амплитудная характеристика между входом 182 и выходом 192 - эта та, которая показана в фигуре 1A.

Осуществление усилителей 184 и 186 блок-схема фигуры 1B показано схематично в фигуре 2A. Передаточные функции для усилителей фигуры 2A показаны в фигуре 2B.

Напряжение на входе 194 /соответствующее входному напряжению 182 фигуры 1B/ присоединяется в параллель к базам P-n-pтранзисторов 196 и 198. Транзисторы 196, 198 оформляются как эмиттерные повторители с соответствующими коллекторами, соединенными с землей, и выходными напряжениями, развиваемыми на соответствующих эмиттерах. Эмиттер p-n-p- транзистора 196 соединяется с источником питающего напряжения V_CC через резистор 206 и выдает выходной сигнал через резистор 206 на выход 208. Эмиттерный повторитель 198 развивает выходное напряжение через последовательное соединение нагрузочного резистора 216 и подачу напряжения смещения 218 на выходе 214. Значение напряжения смещения, обеспечиваемого источником питания 218, устанавливается таким, что транзистор 198 отсекается при заданном уровне точки прерывания /V_B/ выходного сигнала. Транзистор 196 продолжает проводить после уровня точки прерывания. Как результат эмиттерный повторитель 198 имеет меньший динамический диапазон, чем эмиттерный повторитель 196. Резистор 210 присоединяется между выходами 208 и 214.

Хотя транзистор 198 является проводящим, выходные напряжения в 208 и 214 по существу идентичны и линейно соотносятся с входным напряжением. Вдобавок не происходит ослабления выходного сигнала в 208, так как не течет через резистор 210. Однако, когда транзистор 198 выключается, ток течет через резистор 210. В и за той точкой /V_B/ выходной сигнал в 208 продолжает быть неизменным, но ослабленный вариант выходного сигнала в 208 создается в 214, благодаря делению напряжения между резисторами 210 и 216. Точка прерывания V_B определяется источником напряжения 218 и смещением постоянного тока, существующим на базе транзистора 198. Отношение наклонов A₂ и A₁, показанное в фигуре 2B, определяется соотношением резисторов 210 и 216.

Фигуры 3A и 3B показывают схематики цепей для преобразования выходных напряжений фигуры 2A в токи. Эти токи подаются в "смягчающий переключатель" 188, содержащий цепь управления током, как это будет объяснено ниже. Как показано в фигуре 3A, сигнал линейного напряжения, появившийся на выходе 208, поступает на один вход 220, который соединяется с базой транзистора 224. Соответствующим образом сигнал нелинейного напряжения, появившийся на выходе 214, подается на вход 226, который присоединяется к базе транзистора 230. Транзисторы 224 и 230 имеют свои соответствующие коллекторы присоединенными к схеме управляющей током, рассмотренной в связи с фигурой 4. В ответ на напряжения, поданные на базы транзисторов 224 и 230, появляются соответствующие коллекторные токи 236 и 238. Эмиттеры транзисторов 224 и 230 соединяются с соответствующими эмиттерными резисторами 244 и 246. Резистор 244 присоединяется непосредственно к земле, и резистор 246 присоединяется к земле через источник напряжения смещения 248. Резистор 246 имеет более низкое значение, чем резистор 244, для того, чтобы уравнять черно-белую разность токов линейного и нелинейного сигналов. Смещение, обеспечиваемое напряжением смещения 248, вводит сдвиг, используемый, чтобы уравнять составляющие постоянного тока двух выходных токов.

Смягчающий переключатель 188 может быть осуществлен как дифференциальные усилители, управляющие током, как показано в фигуре 4. Транзисторы 224 и 230 действуют тем же образом, который рассматривался выше в связи с фигурами 3A и 3B. Транзисторы 250 и 252 образуют конфигурацию дифференциального усилителя для управляющего тока 236, текущего в коллекторе транзистора 224 между сигнальным выходным отводом 192, к которому присоединяется нагрузочный резистор 253 для появления выходного напряжения, или к источнику питания V_CC как функция управляющего напряжения V_C, подаваемого на базу транзистора 250. Пара дифференциальных транзисторов 256, 258 аналогично управляет током 238, текущим в коллекторе транзистора 230, как функцией управляемого напряжения V_C, подаваемого на базу транзистора 258. Как результат ток, текущий через нагрузочный резистор 253, является управляемым сочетанием линейного и нелинейного токов 236, 238.

Источник напряжения 259, присоединенный к базам транзисторов 252, 256, устанавливает диапазон, в котором управление тока регулируется непрерывно. Как известно, диапазон дифференциального входного напряжения, для которого выходной ток дифференциального усилителя будет соответствовать входному напряжению, равен приблизительно + 150 милливольтам. Напряжение, создаваемое источником напряжения 259, соответствует приблизительно середине диапазона управления. Для величин управляющего напряжения V_C ниже напряжения, создаваемого источником 259, транзистор 256 проводит более трудно, чем транзистор 258, а транзистор 252 проводит более трудно, чем транзистор 250. Как результат выходное напряжение, развиваемое на нагрузочном резисторе 253, имеет больший вклад от нелинейного тока /создаваемого транзистором 224/. Для величин управляющего напряжения, создаваемого источником 259, транзистор 250 проводит более трудно, чем транзистор 252, и транзистор 258 проводит более трудно, чем транзистор 256. Как результат выходное напряжение, создаваемое на нагрузочном резисторе, имеет больший вклад от линейного тока, создаваемого транзистором 224, чем от нелинейного тока, создаваемого транзистором 230. Соответственно амплитудная характеристика между входом 182 и выходом 192 такая, как показанная в фигуре 1A.

Схема фигуры 4 производит инверсию сигнала между входом 182 и выходом 192. В некоторых приложениях эта инверсия сигнала нежелательна. Альтернативное устройство для источников тока, показанное в фигурах 3A, 3B и 4, которое не дает в результате инверсию сигнала, показывается в фигуре 5. В этом устройстве входные напряжения, подаваемые на входы 220 и 226, присоединяются к соответствующим эмиттерам транзистором 224 и 230 вместо соответствующих баз. Входы 220 и 226 соединяются с соответствующими эмиттерами транзисторов 224, 230 соответствующие резисторы 261 и 263. Также в схеме фигуры 5 источник напряжения смещения 248 присоединяется к базам транзисторов 224 и 230. Резистор 261 имеет большое значение, чем резистор 263, чтобы компенсировать разность от черного к белому между двумя входными напряжениями, развиваемыми в 220 и 226, и резистор 246 делается меньшим, чем резистор 244, чтобы компенсировать разность между составляющими постоянного тока двух выходных напряжений.

Фигура 6 показывает полное осуществление блок-схемы фигуры 1B. Фигура 6 показывает части схемы, ранее рассмотренные в связи с фигурами 2A, 3A, 3B и 4, соединенные вместе. Однако сделаны некоторые практические усовершенствования.

Что касается последнего, то источник напряжения смещения 218, объединенный с эмиттерным повторителем 198, как показано в фигуре 2A, создается /как источник напряжения Тевина/ делением напряжения питающего напряжения V_CC между резистором 261 и резистором 216'. Резистор 216, показанный в фигуре 2A, соответствует эквиваленту Тевина резисторов 216' и 261. Подобным образом напряжение смещения 248, объединенное с источником тока для нелинейного входного напряжения, как показано в фигурах 3B и 4, создается делением напряжения питающего напряжения V_CC между резистором 263 и резистором 264'. Делитель напряжения, включающий в себя резисторы 264 и 266, соответствует источнику напряжения 259, присоединенному к базам транзисторов 252 и 256, как показано в фигуре 4. Вероятно большую значимость дает добавление диода 270, включенного между V_C управляющим входом 190 и точкой соединения резисторов 264 и 266 в смысле предохранения управляющего напряжения V_C от превышения падения напряжения на одном диоде над напряжением, развиваемым в точке соединения резисторов 264 и 266. Это предупреждает искажение в выходном сигнале /V_OUT/ при высоких величинах управляющего напряжения V_C.

Способ, в котором обрабатывающая сигнал с управляемой нелинейной амплитудной характеристикой схема, описанная со ссылкой на фигуры 1-6, может быть использована в телевизионной системе, чтобы выполнять обработку белой тянучки, показывается в фигуре 7. Со ссылкой на фигуру 7 схема с нелинейной амплитудной характеристикой объединяется в пределах обрабатывающего белую тянучку блока 136. Управляющее напряжение для обрабатывающего белую тянучку блока 136 /указанное как управляющий сигнал V_CA в связи с фигурой 7/ производится управляющим сигнал генератором 140, как будет объяснено ниже.

Конкретно по отношению к фигуре 7 составной видеосигнал, созданный на входе 142, разделяется на две составляющие: яркостной сигнал, создаваемый на выходе 144, и сигнал цветности, создаваемый на выходе 146.

Сигнал цветности обрабатывается хорошо известным способом в процессоре 148 для создания красного, зеленого и синего цветоразностных сигналов r-Y, b-Y и g-Y. Цветоразностные сигналы соединяются на матрице 152. Обрабатывающий цветность блок 148 и матрица 152 могут быть включены в интегральную схему /IC/ 154.

Яркостной сигнал соединяется с обрабатывающим белую тянучку блоком 136, который также принимает управляющий сигнал V_C, генерированный генератором 140. Выходной сигнал обрабатывающего белую тянучку блока 136 соединяется со схемой высокочастотной коррекции 156 для улучшения четкости изображения. Выходной сигнал схемы высокочастотной коррекции 156 соединяется с интегральной схемой 154.

Для обработки яркостного сигнала интегральная схема 154 включает в себя управляющий контрастностью блок 158 и управляющий яркостью блок 160. Пользователь регулирует элементы для контрастности яркости, символически представленные потенциометрами 159 и 161 соответственно, хотя в современных телевизионных системах они вообще включают в себя микропроцессор, управляемый цифроаналоговыми преобразователями. Обработанный яркостной сигнал подается в матрицу 152, где он соединяется с цветоразностными сигналами, чтобы произвести красный /r/, зеленый /g/ и синий /b/ цветовые сигналы низкого уровня. Горизонтальные и вертикальные гасящие обратный ход импульсы, HB и V_B соответственно, генерированные в обрабатывающей отклонение секции /не показана/, вставляются матрицей 152 в r, g, b цветовые сигналы с целью предохранить дисплей от горизонтальных и вертикальных линий обратного хода. R, g, b цветовые сигналы низкого уровня усиливаются предусилителями 164 r, 164 b и 164 g, чтобы произвести R, G, B синхронизирующие сигналы, годные для управления соответствующими катодами кинескопа 166.

Для того чтобы предотвратить ореол пятна, а также предохранить устройство управления дисплеем и предотвратить насыщение люминофора, вследствие чрезмерных пиков белоидущих сигналов, соответствующих, напр., знакам, пиковый детектор 168 детектирует белоидущие пики представляющего яркость сигнала, генерированного в управляющем сигналом генераторе 140, также будет объяснено ниже и в ответ генерирует управляющий сигнал для управляемого контрастностью блока 158. Повсюду, где белоидущие пики, превосходящие порог, соответствующий ореолу пятна, детектируются, контрастность автоматически снижается.

К сожалению, автоматическая управляющая контрастностью аппаратура действует на все амплитуды равномерно, так как управляющий контрастностью блок 158 имеет линейную функцию коэффициента передачи. Как результат срединный диапазон, так же как и высокие амплитуды, стремится к понижению, давая в результате снижение субъективной яркости изображения. Обрабатывающий белую тянучку блок 136 противодействует этому действию следующим образом.

Управляющий сигнал /напряжение/, V_CA, для обрабатывающего белую тянучку блока 136 получается в ответ на среднее значение представляющего яркостность сигнала, что следует обсудить ниже. Когда усредненная яркость изображения мала, управляющий сигнал V_CA заставляет увеличивать степень нелинейности обрабатывающего белую тянучку блока 136 /смотрите фигуру 1A для V_C2. Как результат амплитуды среднего диапазона яркостного сигнала увеличиваются относительно уровней высоких амплитуд. Так как белоидущие пики, соответствующие малым областям изображения, незначительно воздействуют на усредненный уровень, автоматическое снижение контрастности в ответ на чрезмерные белоидущие пики, стремящиеся дополнительно уменьшить среднедиапазонные амплитуды, будет компенсировано возрастанием амплитуды белой тянучки, примененным к среднедиапазонным амплитудам. Таким путем окантовка пятна, так же как и устройство управления дисплеем, и насыщенность люминофора, минимизируются, в то же самое время создавая субъективно резкие, яркие изображения.

Как ранее замечено, для автоматического управления контрастностью и белой тянучкой желательно детектировать пик и усреднение соответственно сигнала, представляющего яркостную составляющую воспроизводимого изображения после характеристик изображения, таких как контрастность и яркость, отрегулированных так, что соответствующие управляющие сигналы будет должным образом отражать содержание воспроизводимого изображения. Обрабатывающая сигнал яркость ИС ТА 7730, промышленно выпускаемая Тошиба, обеспечивает на выходном отводе представляющий яркостность сигнал, получаемый сочетанием r, g, b цветовых сигналов, которые были подвергнуты управлению по контрастности и яркости. К сожалению, яркостной или представляющий яркостность сигнал, отражающий управляющую обработку контрастности и яркости, не обеспечивается другими ИС, например такими как ТДА4580, поставляемыми Вольво, как указывается в отношении ИС 154 в фигуре 1.

Управляющий сигнал-генератор 140, с которым конкретно имеем дело и на который одновременно подана Лагони заявка на патент, озаглавленная "Управляющий сигнал генератор для телевизионной системы", направлен на эту проблему. Управляющий сигнал-генератор 140 суммирует r, g, b цветовые сигналы, создаваемые на соответствующих выходных отводах ИС 154, чтобы произвести сигнал по крайней мере приблизительно представляющий обработанную яркостную информацию. Однако результирующий сигнал "суммированной яркости" содержит импульсы, соответствующие гасящим обратный ход импульсам высокого уровня /например, в диапазоне от -100 до -160 IRE/, содержащимся в r, g, b сигналах, которые суммируются в противоположность суммированному яркостному сигналу, произведенному ИС ТА7730, в которой r, g, b сигналы суммируются до того, как гасящие обратный ход импульсы суммируются. Импульсы, содержащиеся в суммированном яркостном сигнале, тянутся значительно ниже уровня черного и будут соответственно действовать на усредненное значение /а также на значение удвоенной амплитуды/. Соответственно управляющий сигнал, получаемый детектированием усредненного значения суммированного сигнала, представлял бы неточно яркость воспроизводимого изображения. Управляющий сигнал-генератор 140 также включает в себя резервы, направленные на эту проблему.

Конкретно по отношению к управляющему сигнал-генератору 140 r, g, b цветовые сигналы, произведенные на соответствующих выходных отводах ИС 154, суммируются посредством резистивного сумматора, содержащего резисторы 171, 173, 175. Результирующий суммированный сигнал, созданный на общем соединении резисторов 171, 173, 175, соединяется с базой усилителя эмиттерного повторителя 177. Выходной сигнал появляется через нагрузочный резистор 179 на эмиттерном выходе с малым полным сопротивлением эмиттерного повторителя 177.

Резистор 181, присоединенный между источником напряжения питания /V_CC/ и эмиттером эмиттерного повторителя 177, поднимет порог проводимости эмиттерного повторителя 177 так, что по существу весь белоидущий суммированный сигнал выше уровня черного обеспечивается на эмиттерном выходе, но импульсы, соответствующие гасящим импульсам обратного хода r, g, b цветовых сигналов, удаляются. Итак, благодаря увеличенному смещению, подаваемому на эмиттер, детектированное усредненное значение и результирующий управляющий сигнал белой тянучки, V_CA, являются относительно надежными представлениями усредненной яркостной составляющей воспроизводимого изображения.

Хотя резисторам 171, 173 и 175 может быть придана пропорция, соответствующая хорошо известному уравнению яркостного матрицирования, чтобы точно производить яркостной сигнал, было найдено, что соотношение 1:1:1 будет достаточным на практике для обеспечения обработанной представляющей яркостность составляющей, годной для обрабатывающего белую тянучку управления,
Усредненное значение суммированного выходного сигнала выдается усредняющим детектором 183, который может просто содержать R-C-фильтр нижних частот. Значение белых пиков суммированного выходного сигнала детектируется пиковым детектором 168. Подходящий пиковый детектор, который способен реагировать на очень острые пики, раскрывается в заявке на патент США, порядковый номер 380,697, озаглавленной "Пиковый детектор с обратной связью", поданной 14 июля 1989 г. от имени Г.А. Витледжа и преуступленной тому же самому патентовладельцу, что и настоящая заявка.

Хотя здесь было проиллюстрировано и описано, что то, что в настоящее время рассматривалось, должно быть предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, будет понятно, что изменения и усовершенствования могут приходить на ум специалисту в данной области техники. Например, хотя усилители 184, 186, показанные в форме блока в фигуре 13, иллюстративно осуществляются как эмиттерные повторители, как показано в фигуре 2a, другие повторители с усилением и другие конфигурации усилителей могут быть использованы. Подразумевается, что последующая формула изобретения показывает все такие и другие усовершенствования, которые попадают в объем настоящего изобретения.

Изобретение относится к управляемым нелинейным схемам увеличения контрастности. Устройство содержит первый и второй усилители, делитель напряжения, содержащий отводы и точку между отводами, сумматор, содержащий управляющий входной вывод для управляемого объединения входных сигналов. Техническим результатом изобретения является создание устройства с функциональными характеристиками, изменяемыми в зависимости от управляющего сигнала. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для создания управляемой нелинейной передаточной характеристики, содержащее первый усилитель, имеющий первый входной вывод, на который подается входной сигнал, и первый выходной вывод для выдачи первого выходного сигнала, линейно относящегося к упомянутому входному сигналу для данной амплитуды указанного входного сигнала, второй усилитель, имеющий второй входной вывод, на который подается указанный входной сигнал, и второй выходной вывод для выдачи второго сигнала, линейно относящегося к указанному входному сигналу для первой части указанной данной области амплитуды указанного входного сигнала, делитель напряжения, содержащий отводы и точку между упомянутыми отводами, причем указанный первый выходной вывод указанного первого усилителя соединен с одним из отводов указанного делителя напряжения, указанный второй выходной вывод второго усилителя соединен с указанной точкой отвода указанного делителя напряжения, сумматор, имеющий первый входной вывод, соединенный с первым выходным выводом первого усилителя, и второй входной вывод, соединенный со вторым выходным выводом второго усилителя, отличающееся тем, что сумматор содержит управляющий входной вывод, чувствительный к управляющему сигналу для управляемого объединения сигналов на первом и втором входных выводах для выдачи объединенного сигнала. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный сумматор содержит транзисторы, соединенные с первым и вторым входными выводами сумматора соответственно для приема входных сигналов напряжения, и имеющего первый и второй выходные выводы для выдачи первого и второго выходных сигналов тока, представляющих указанные первые и вторые входные сигналы напряжения, и средство, реагирующее на управляющий сигнал для управляемого объединения указанных первого и второго выходных сигналов тока. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанный сумматор содержит управляющую током цепь, чувствительную к указанному управляющему сигналу для управляемого объединения первого и второго выходных сигналов тока.