УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЦВЕТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК H04N9/69 

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 5 раз меньшей, чем частотная полоса канала яркости. Цветоразностный сигнал на входе матрицы в блоке цветности телевизионного приемника u(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 двухпериодального 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 TDA4565, которая содержит кроме канала увеличения крутизны фронта цветоразностного сигнала общий канал задержки сигнала яркости.

С целью повышения качества цветного изображения за счет улучшения обработки цветовых переходов предложено устройство [3], в котором 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 [4]. Это значит, что если U(f) - спектр разностного сигнала u(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

Выражения (1), (2) и (3) справедливы для спектров, вычисленных с помощью любой полной системы ортогональных функций. В устройстве [3] 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 [5]. 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 τN превышало длительность импульсной передаточной характеристики h(t) канала цвета в целом. Первый вход каждого j-го сумматора соединен с выходом усилителя 6. Каждый j-й сумматор содержит N число выходов (), при этом закон подключения i-го входа j-го сумматора к выходу i-й линии задержки определяется знаком i-го значения j-й функции Уолша. В результате на выходе j-го сумматора будет действовать j-я компонента спектра Уолша от дискретных значений цветоразностного сигнала, действующего в данный момент на линиях задержки, а на выходах всех сумматоров будет действовать полный спектр U(j) этого цветоразностного сигнала. Каждый j-й регулируемый усилитель, включенный на выход j-го 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 в целом. Сигналы с выхода каждого j-го регулируемого усилителя поступают на входы выходного сумматора, где суммируются. Это эквивалентно вычислению обратного преобразования Уолша первого элемента изображения входного восстановительного 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.

Устройство для улучшения цветовых переходов телевизионного изображения [3] можно выбрать в качестве прототипа.

Недостаток устройства [3] состоит в относительной сложности технической реализации. Так, например, цветное пятно от точечного источника изображения захватывает на экране телескопа область в 5...7 пикселей по горизонтали. Это объясняется существенно меньшей (порядка 5 раз) полосой пропускания цветоразностного сигнала по сравнению с яркостным. Следовательно, для обработки такого сигнала в устройстве [3] число N целесообразно выбрать не менее 8. Поэтому устройство будет включать в своем составе не менее 8 сумматоров с 8 входами каждый.

Цель настоящего изобретения состоит в конструктивном упрощении устройства. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве сумматоры вычисляют неполные U⁺(j) компоненты спектра Уолша базиса N, полученные путем преобразования исходного сигнала U_вх(t) в базисе функции Wal⁺(i, j), полученных из положительных составляющих исходных функций. Любая функция Уолша Wal(i, j) может быть представлена следующим образом:

где:

- Wal⁺(i, j) - функция, составленная из положительных значений соответствующей функции Wal(i, j) Уолша;

- Wal^-(i, j) - функция, составленная из отрицательных значений соответствующей функции Wal(i, j) Уолша.

При этом нулевая функция Уолша Wal(i, 0), определяющая постоянную составляющую сигнала, может быть найдена как:

Сложив левые и правые части (2) и (3), можно получить равенство:

Wal(i, j)+Wal(i, 0)=2Wal⁺(i, j),

откуда следует, что:

Соответственно j-я по Уолшу U(j) составляющая спектра сигнала u_вх(t) будет равна удвоенной неполной компоненте спектра Уолша U⁺(j), полученной из положительных значений Wal⁺(i, j) соответствующей функции Уолша Wal(i, j) минус нулевая компонента U(0) этого спектра:

U(j)=2U⁺(j)-U(0), или что аналогично:

В предлагаемом устройстве каждый j-й сумматор предлагаемого устройства вычисляет соответствующую неполную компоненту спектра Уолша U⁺(j). На отдельный вход этого сумматора через последовательно соединенные делитель и инвертор поступает с отрицательным знаком половина нулевой компоненты спектра Уолша .

В результате на выходе каждого j-го сумматора будет действовать в соответствии с (5) полная j-я компонента спектра Уолша, которая затем подвергается известной линейной обработке с помощью регулируемых усилителей и выходного сумматора известного устройства [3].

Корректор цветоразностного сигнала содержит усилитель 1, выходом подключенный к последовательно соединенным линиям задержки 2. Общее число линий задержки N-1, каждая i-я линия задержки 2 предназначена для задержки видео сигнала на время, соизмеримое со временем элемента разложения телевизионного растра. Выход усилителя 1 подключен также к первому входу j-го сумматора 3 N(). 0бщее число сумматоров 3 равно N. Первый сумматор 3 имеет N входов, а каждый последующий N/2+1 входов. Закон подключения i-го входа j-го сумматора 3 с выходом i-й линии задержки 2 определяется i-м значением j-й функции Уолша, которая может быть задана в виде рекурсивного уравнения:

где k - натуральное число;

ρ=0 и ρ=1; 2κ+ρ=j - номер сумматора;

i=N/2+1 - номер сумматора.

При этом если i-е значение j-й функции Уолша принимает значение, равное 1, то i-й вход j-го сумматора 3 подключается к выходу i-й линии задержки 2. Выход первого (j=1) сумматора через последовательно соединенные делитель напряжения 4 и инвертор 5 подключен к дополнительному входу каждого j-го сумматора 3.

Выход j-го сумматора 3 подключен к первому входу j-го регулируемого усилителя 6. Второй вход j-го регулируемого усилителя 6 соединен с j-м выходом блока управления 8. Каждый регулируемый усилитель 6 предназначен для усиления входного видео сигнала с коэффициентом усиления, задаваемым с блока управления 8. Выход j-го регулируемого усилителя 6 подключен ко j-му входу выходного сумматора 7, а выход выходного сумматора 7 подключен к входу выходного усилителя 9. Каждый сумматор 3 и выходной сумматор 7 предназначен для суммирования входных видео сигналов.

Корректор цветоразностного сигнала работает следующим образом.

Цветоразностный сигнал с выхода усилителя 1 поступает на первый вход каждого сумматора 3 и на выход линии задержки 2. Задержанный в каждой i-й линии задержки 2 сигнал задерживается на время, соизмеримое со временем элемента разложения телевизионного растра. Если функция Уолша Wal(i, j)=1, то на i-й вход каждого сумматора 3 поступает видео сигнал с выхода i-й линии задержки 2. На дополнительный вход каждого j-го сумматора, начиная со второго (), поступает ослабленный в два раза в делителе 4 и инвертированный в инверторе 5 сигнал с выхода первого (j=1) сумматора 3. В результате на выходе каждого j-го сумматора 3 будет действовать электрический сигнал, пропорциональный j-й компоненте функции Уолша от участка входного видео сигнала продолжительностью N элементов, каждый из которых соизмерим с элементом разложения видео сигнала, действующего на входе устройства в тот момент времени. Электрический сигнал, пропорциональный j-й компоненте спектра Уолша, с выхода j-го сумматора 3 поступает на вход j-го регулируемого усилителя 6. Выбором коэффициента усиления каждого j-го регулируемого усилителя 6 осуществляется частотная, в спектральном базисе функций Уолша, коррекция отрезка видео сигнала, содержащего N элементов разложения. Скорректированные частотные компоненты спектра Уолша с выхода каждого j-го регулируемого усилителя 6 поступает на j-й вход выходного сумматора 7. Выходной сумматор 7 суммирует электрические сигналы, пропорциональные спектральным компонентам Уолша, что эквивалентно вычислению первого скорректированного элемента разложению. Сигнал с выхода выходного сумматора 7 поступает на вход выходного усилителя 9.

Источники информации

1. С.А.Ельяшкевич, А.П.Лескин. Телевизоры 3УСЦТ, 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. Любительское видео и аудио устройства 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. А.П.Малышев, В.В.Октябрьский, Е.И.Шабаков. Патент №2246183, Н04М 9/69, 9/77, опубликовано 10.02.2005, Бюлл. №4.

4. М.М.Мирошников. Теоретические основы оптико-электронных приборов. М.: Машиностроение, 1977 г., стр.338, подраздел 4.6. Теорема о спектре свертки.

5. Х.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. Технический результат - конструктивное упрощение устройства - достигается тем, что в схему устройства дополнительно введен делитель, входом подключенный к выходу первого (j=1) сумматора, где j - номера сумматоров, а выходом соединенный через инвертор с дополнительным входом каждого сумматора, начиная со второго . 1 ил.

Устройство для улучшения цветовых переходов телевизионного изображения, содержащее усилитель, выходной усилитель, инвертор, блок управления, N-1 линий задержки, N сумматоров, N регулируемых усилителей и выходной сумматор, причем выходной усилитель соединен с первым входом j-го сумматора и входом из N-1 последовательно соединенных линий задержки, а выход i-й линии задержки подключен к i-му входу j-го сумматора непосредственно, если значение i-й функции Уолша полной системы ортогональной функции Уолша размера N j-й точки, принимается 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 входу блока управления, отличающееся тем, что дополнительно введен делитель, входом подключенный к входу первого (j=1) сумматора, а выходом соединенный через инвертор с дополнительным входом каждого сумматора, начиная со второго .