УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЦВЕТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК H04N9/69 H04N9/77 

Изобретение относится к телевизионным системам и может быть использовано для повышения цветного разрешения телевизионного изображения в горизонтальном направлении.

Устройства для повышения качества цветного изображения известны. Необходимость повышения качества цветного изображения связана с тем, что цветоразностные сигналы в каналах цветности современных систем цветного телевидения передаются в полосе частот примерно в пять раз меньшей, чем частотная полоса канала яркости. Цветоразностный сигнал на входе матрицы в блоке цветности телевизионного приемника u_разн(t) определяется интегралом свертки

где u_вх(t) - "идеальный" цветоразностный сигнал на входе телевизионной системы,

h(t) - импульсная передаточная характеристика канала передачи цвета в целом,

* - математический знак свертки сигналов.

Протяженность импульсной передаточной характеристики h(t) составляет величину порядка 5...7 элементов изображения, в результате в соответствующее число раз разрешающая способность изображения по цвету оказывается хуже разрешающей способности яркостного канала, и мелкие цветные детали изображения воспринимаются как цветные пятна протяженностью в несколько элементов изображения.

Простейшим устройством, позволяющим незначительно улучшить цветное разрешение, является включение в каждом цветоразностном канале фильтра высоких частот на R,L,C цепочках [1]. Значительно больший эффект достигается с помощью устройства увеличения крутизны фронта цветоразностного сигнала [2]. Принцип работы состоит в увеличении крутизны фронтов цветоразностных сигналов за счет применения принципа дифференциальной коррекции. Для этого сигнал с входного усилителя подается на детектор фронта, состоящий из усилителя, инвертора и двухпериодаого выпрямителя. На выходе детектора фронта формируются положительные импульсы, амплитуда которых зависит от крутизны фронта (среза) импульсов цветоразностного сигнала. В компараторе эти импульсы сравниваются с пороговым напряжением, при этом если их уровень превысит пороговое значение, то на выходе компаратора действует сигнал логической единицы, в противном случае сигнал логического нуля. Импульс напряжения на выходе компаратора используется для управления переключателя сигнала. Во время действия затянутого фронта цветоразностного сигнала на выходе компаратора напряжения не будет. Поэтому переключатель замкнется только через некоторый интервал времени. При высокой крутизне фронта импульса цветоразностного сигнала на выходе компаратора действует сигнал логической единицы, и переключатель сигнала полностью коммутирует входной цветоразностный сигнал на выход устройства. Таким образом, известное устройство [2] по существу осуществляет нелинейную обработку цветоразностного сигнала путем отсечения его медленно нарастающей или медленно спадающей части. Такое отсечение может ухудшить качество цветопередачи, что проявляется в виде мелкоструктурной "ряби" на цветном изображении. Известное устройство [2] реализовано в современных телевизорах путем применения микросхемы К174Х27 или ее иностранного аналога TDM565, которая содержит кроме канала увеличения крутизны фронта цветоразностного сигнала общий канал задержки сигнала яркости.

Таким образом, недостатком известного устройства [2] является недостаточная коррекция цветоразностного сигнала и вносимые при этом дополнительные искажения, связанные с нелинейным характером обработки цветоразностного сигнала.

Цель настоящего предложения состоит в повышении качества цветного изображения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве реализован линейный метод обработки цветоразностного сигнала с помощью методов инверсной фильтрации в базисе полной системы дискретных ортогональных функций Уолша. Как известно из теории линейной обработки сигналов, спектр свертки двух сигналов равен произведению спектров этих сигналов [3]. Это значит, что если U_разн(f) - спектр разностного сигнала u_разн(t) в заданном базисе полной системы ортогональных функций, U_вх(f) - спектр идеального цветоразностного сигнала u_вх(t) в том же базисе, а H(f) - спектр импульсной передаточной характеристики h(t), то выражение (1) преобразуется к виду

Из выражения (2) следует, что спектр идеального цветоразностного сигнала

где k=1/H(f}.

Выражения (1), (2) и (3) справедливы для спектров, вычисленных с помощью любой полной системы ортогональных функций. В данном устройстве вычисление спектра и инверсная фильтрация в соответствии с уравнением (3), а также вычисление обратного спектрального преобразования (переход от U_вх(f) к u_вх(t)) осуществляется в полной системе дискретных ортогональных функций Уолша. При этом ввиду того, что преобразование Уолша есть дискретное ортогональное преобразование, роль частоты f в нем выполняют номера отчетов спектральных составляющих [4]. Для этого цветоразностный сигнал подается на несколько последовательно соединенных линий задержки. Каждая линия задержки задерживает цветоразностный сигнал на время τ_з, соизмеримое со временем разложения номинального элемента разложения телевизионного растра. Общее число линий задержки N-1 выбирается таким, чтобы время задержки τ_зN превышало длительность импульсной передаточной характеристики h(t) канала цвета в целом. Выход каждой линии задержки подан на вход i-го инвертора, которым инвертируется полярность входящего сигнала. Первый вход каждого j-го сумматора 4 соединен с выходом усилителя 1. Каждый j-тый сумматор содержит N число выходов при этом закон подключения i-го входа j-того сумматора к выходу i-й линии задержки или i-му инвертору определяется знаком i-го значения j-той функции Уолша. В результате на выходе j-того сумматора будет действовать j-тая компонента спектра Уолша от дискретных значений цветоразностного сигнала, действующего в данный момент на выходах линии задержки, а на выходах всех сумматоров будет действовать полный спектр U(j) этого цветоразностного сигнала. Каждый j-тый регулируемый усилитель, включенный на выход j-того сумматора, осуществляет усиление сигнала с коэффициентом K(j). Если этот коэффициент K(j) выбрать обратно пропорционально заранее вычисленному спектру Уолша H(j) импульсной передаточной характеристики h(t), то тогда на выходах регулируемых усилителей будет действовать спектр Уолша "идеального" цветоразностного сигнала, действующего на входе телевизионной системы цветоразностного сигнала, действующего на входе телевизионной системы в целом. Сигналы с выхода каждого j-того регулируемого усилителя поступают на входы выходного сумматора, где суммируются. Это эквивалентно вычислению обратного преобразования Уолша первого элемента изображения входного восстановленного цветоразностного сигнала. Так как входной цветоразностный сигнал по мере течения времени продвигается в последовательно соединенных линиях задержки от входа к выходу, соответствующим образом на выходе выходного сумматора будет осуществляться продвижение элементов изображения восстановленного цветоразностного сигнала. С помощью блока управления можно регулировать коэффициенты усиления регулируемых усилителей с целью оптимизации субъективного качества цветного изображения, удовлетворяющего конкретного телезрителя.

Структурная схема заявляемого устройства представлена на чертеже.

Корректор цветоразностного сигнала содержит усилитель 1, выходом подключенный к последовательно соединенным линиям задержки 2. Общее число линий задержки N-1, выход i-ой линии задержки 2 подключен к входу i-го инвертора 3. Каждая i-ая линия задержки 2 предназначена для задержки видеосигнала на время, соизмеримое со временем элемента разложения телевизионного растра. Выход усилителя 1 подключен также к первому входу сумматора 4. Общее число сумматоров 4 равно N. Каждый j-ый сумматор 4 имеет N входов. Закон подключения i-гo входа j-го сумматора 4 определяется i-ым значением j-той функции Уолша, которая может быть записана в виде рекурсивного уравнения:

где k - натуральное число,

р=0 или p=1,

2k+p=j - номер сумматора,

i=1,2...N - номер входа сумматора.

При этом если i-тое значение j-той функции Уолша принимает значение, равное 1, то i-тый вход j-го сумматора 4 подключается к выходу i-той линии задержки 2, а если i-oe значение j-ой функции Уолша принимает значение - 1, то i-тый вход j-го сумматора 4 соединяется выходом i-того инвертора. Выход j-того сумматора 4 подключен к первому входу j-го регулируемого усилителя 5. Второй вход j-го регулируемого усилителя 5 соединен с j-ым выходом блока управления 6. Каждый регулируемый усилитель 5 предназначен для усиления входного видеосигнала с коэффициентом усиления, задаваемым с блока управления 6. Выход i-го регулируемого усилителя 5 подключен к j-му входу выходного сумматора 7, а выход выходного сумматора 7 подключен ко входу выходного усилителя 8. Каждый сумматор 4 и выходной сумматор 7 предназначен для суммирования входных видеосигналов.

Корректор цветоразностного сигнала работает следующим образом.

Цветоразностный сигнал с выхода усилителя 1 поступает на первый вход каждого сумматора 4 и на вход последовательно соединенных линий задержки 2. Задержанный в каждой i-ой линии задержки 2 на время, соизмеримое с временем элемента разложения телевизионного растра, видеосигнал инвертируется в соответствующем i-ом инверторе 3. На i-ый вход каждого сумматора 4 поступает видеосигнал, либо с выхода i-ой линии задержки, если функция Уолша Wal(i,j)=1, либо с выхода i-го инвертора 3, если соответствующая функция Уолша Wal(i,j)=-1. Каждый j-ый сумматор 4 суммирует значения входных видеосигналов с учетом законного подключения к соответствующей линии задержки 2 или инвертору 3, то есть с учетом закона изменения j-ой функции Уолша. Поэтому в произвольный момент времени на выходе j-го сумматора 4 будет действовать электрический сигнал, пропорциональный j-ой компоненте функции Уолша от участка входного видеосигнала, продолжительностью N элементов, соизмеримых с элементом разложения действующих на выходе линии задержки 2 в этот момент времени. Электрический сигнал, пропорциональный j-ой компоненте спектра Уолша, с выхода j-го сумматора 4 поступает на вход j-го регулируемого усилителя 5. Выбором коэффициента усиления каждого j-го регулируемого усилителя 5 осуществляется частотная, в спектральном базисе функций Уолша, коррекция отрезка видеосигнала, содержащего N элементов разложения. Скорректированные частотные компоненты спектра Уолша с выхода каждого j-го регулируемого усилителя 5 поступает на j-ый вход выходного сумматора 7. Выходной сумматор 7 суммирует электрические сигналы, пропорциональные спектральным компонентам Уолша, что эквивалентно вычислению первого скорректированного элемента разложения. Сигнал с выхода выходного сумматора 7 поступает на вход выходного усилителя 8.

Источники информации

1. С.А.Ельяшкевич, А.П.Лескин. Телевизоры ЗУСЦТ, 4УСУТ, 5УСЦТ, устройство, регулировка, ремонт. МП "Символ-Р", М., 1993 г., раздел 4.7. Модули цветности, стр. 62.

2. Д.В.Войцеховский, А.Е.Пескин. Любительские видео и аудиоустройства для цветных телевизоров. М. "Символ-Р". 1994 г., стр. 5, пункт 2. Устройство улучшения цветовых переходов (применение микросхемы К174ХА27 и ее аналогов в декодерах), рис.2.2. Структурная схема микросхемы К174ХА27 и ее аналогов.

3. М.М.Мирошников. Теоретические основы оптикоэлектронных приборов. М.: Машиностроение, 1977 г., стр. 338., подраздел 4.6. Теорема о спектре свертки.

4. X.Хармут. Теория секвентных сигналов. М.: Мир, 1980 г.

Изобретение относится к телевизионным системам и может быть использовано для повышения цветного разрешения телевизионного изображения в горизонтальном направлении. Техническим результатом является повышение качества цветного изображения. Технический результат достигается, что в настоящем устройстве реализован линейный метод обработки цветоразностного сигнала с использованием вычислений спектра и инверсной фильтрации, а также с вычислением обратного спектрального преобразования, которые осуществляются в полной системе дискретных ортогональных функций Уолша и роль частоты дискретизации выполняют номера отсчетов спектральных составляющих сигнала. Для этого цветоразностный сигнал подают на несколько последовательно соединенных линий задержки, при этом время задержки каждой линии соизмеримо со временем разложения номинального элемента разложения телевизионного растра, а общее время задержки всех линий задержки выбирают больше длительности импульсной характеристики канала цвета в целом. 1 ил.

Устройство для улучшения цветовых переходов телевизионного изображения, содержащее усилитель, выходной усилитель, N-1 инверторов и блок управления, отличающееся тем, что дополнительно введены N-1 линия задержки, N сумматоров, N регулируемых усилителей и выходной сумматор, причем выход усилителя соединен с первым входом J-го сумматора и входом из последовательно соединенных линий задержки, а выход i-й линии задержки подключен к i-му входу j-го сумматора либо непосредственно, если значения i-й функции Уолша, полной системы ортогональных функции Уолша размера N, в j-й точке принимает значение, равное 1, либо через i-й инвертор, если значение i-й функции Уолша в j-й точке принимает значение, равное -1, при этом выход j-го сумматора через j-й регулируемый усилитель соединен с j-м входом выходного сумматора, выходом подключенного к входу выходного усилителя, а управляющий вход j-го регулируемого усилителя подключен к соответствующему выходу блока управления.