Устройство для гамма-коррекции телевизионного сигнала Советский патент 1983 года по МПК H04N5/20 

ел

00

О

00

v4 Изобретение относится к телевидению, в частности к устройствам коррекции амплитудной характеристи ки, и может быть использовано в ус ройствах цифрового телевидения. Известно устройство для гаммакоррекции телевизионного сигнала, содержащее два канала обработки, первый из которых содержит последо вательно соединенные фильтр нижних частот (ФНЧ) и гамма-корректор, а второй - фильтр верхних частот (ФВЧ) и гамма-корректор, выходы обоих каналов объединены сумматором м. Недостаток устройства - возможность использования его лишь в ана логовых телевизионных устройствах. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для гаммакоррекции, содержащее последовательно соединенные фильтр нижних частот, блок дискретизации, блок точного квантования и цифровой .гамма-корректор, генератор тактовы импульсов, выход которого подключе к тактовому входу блока дискретиза цуи, и блок управления, выход кото рого подключен к управляющему входу цифрового гамма-корректора 2 , Недостатки известного устройства заключаются в том, что в цифровом -корректоре при J 1 входной сигна подвергается нелинейной обработке и в нем возникают искажения. Если проанализировать форму цифрового сигнала на выходе устройства, то оказывается, что часть кодовых ком |бинаций в вых одном сигнале, не испол зуется вообще, в то время как на др iroM участке сигнала нескольким зна чениям входного кода соответствует одна и та же комбинация выходного, Например, при 1 начальном участке изменения сигнала от О до 255 (в области темного) часть кодовых комбинаций отсутствует. Это приводит к появлению на изображении так называемых ложных контуров,так как на изображении отсутствуют гра дации яркости, описываемые этими кодами. Низкое качество изображения, связанное с появлением искаже НИИ в виде ложных контуров, а такж то, что для реализации устройства требуется элементная база с очень высоким быстродействием, так как обработка ведется во всей полосе частот сигнала. Цель изобретения - повышение качества телевизионного сигнала без увеличения числа уровней квантования. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для гаммакоррекции телевизионного сигнала, содержащее последовательно соединенные фильтр низких частот (ФНЧ ), вход которого является входом устройства, первый блок дискретизации, блок точного квантования и цифровой гамма-корректор, к управляющему входу которого подключен выход блока управления, а также генератор тактовых импульсов (ГТИ), первый выход которого соединен с управляюи1им входом, первого блока дискретизации, введены последовательно соединенные полосовой фильтр, выход которого объединен с входом ФНЧ, второй блок дискретизации, блок грубого квантования и сумматор, а также линейныйинтерполятор, вход которого подключен к выходу цифрового гамма-корректора, а выход - к второму входу сумматора, при этом управляющие входы интерполятора и второго блока дискретизации соединены с вторым выходом ГТИ. На чертеже представлена схема устройства. Устройство для гамма-коррекции телевизионного сигнала содержит . ФНЧ 1, первый блок 2 дискретизации, блок 3 точ.ного квантования, цифровой гамма-корректор 4, линейный интерполягтор 5, сумматор б, блок 7 управления, ГТИ 8, включающий в себя задающий генератор 9 и делитель 10 частоты, полосовой фильтр 11, второй блок 12 дискретизации и блок 13 грубого квантования. Блок 3 точного и блок 13 грубого квантования собраны по известной схеме преобразователя унитарного кода в двоичный код, цифровой гамма-корректор 4 представляет собой преобразователь кода, собранный по схеме постоянного запоминающего устройства, в котором входной код служит адресом ячейки хранения соответствующего выходного кода, делитель 10 частоты выполнен на триггерах, задающий генератор 9 собран по известной схеме RC -генератора. Линейный интерполятор 5 может быть реализован на микросхемах сдвиговых регистров и полных сумматоров быстродействующих 100-й и 500-й серий, число микросхем определяется количеством восстанавливаемых значений Ътсчетов. Устройство работает следующим образом. На его вход поступает аналоговый телевизионный сигнал с выхода телевизионной передающей камеры.С помощью ФНЧ 1 и полосового фильтра 11 происходит разделение сигнала на низкочастотную и высокочастотную составляющие. Низкочастотная составляющая аналогового сигнала с выхода ФНЧ 1 поступает в первый блок 2 дискретизации, в котором значения сигнала берутся только в определенные дискретные моменты времени с частотой, определяемой по теореме Котельникова, Импульсы, определяющие моменты взятия выборок сигнала, вырабатываются задающим ге нератором 9 и прореживаются до частоты, необходимой для дискретизации низкочастотной составляющей, с помощью делителя 10 частоты. Дискретизированный сигнал с выхода блока 2 дискретизации поступает в блок 3 точного квантования, где квантуется на 256 уровней. Число уровней квантования выбирается таким, чтобы на изображении не было заметно ложных контуров. Известно, что низкочастотную составляющую необходимо квантовать не менее,чем на 256 уровней для получения хорошего качества изображения. В блоке 3 точного квантования сигнал преоб разуется в восьмиразрядный двоичны код, который затем поступает на вход цифрового гамма-корректора 4, в котором происходит перекодировка сигнала по нелинейному закону с требуемым показателем , Входной восьмиразрядный код служит адресом ячейки хранения соответствующего выходного восьмиразрядного- кода в цифровом гамма-корректоре 4 блок управления в зависимости от величины показателя У осуществляет определенную коммутацию микросхем с ячейками памяти цифрового гаммакорректора 4, которая составляется по таблице сортветствия входных значений сигнала тем выходным, которые требуется получить. При такой перекодировке, в процессе . которой производится нелинейное преобразование сигнала, часть кодовых комбинаций, соответствующих ряду уровней квантования, на выходе цифрового гамма-корректора 4 не используется. Например, пусть входной сигнал U 9 описывается восьмиразрядным код:ом, динамический диапазон входного сигнала разбивается на 256 уровней, У 0,5. b,.. вых-Г лГИ. Коэффициент р определяют из условия постоянства динамического диапазона сигнала выхтах р Вхгоо11с 255 рлГ255 Р 15,96 , 15,9бЧ07х Поскольку значения еьш получаются дробными, производят их округление до ближайшего целого. При изменении Ug от О до 255 с шагом 1 получают на выходе цифрового гамма-корректора 4 следующую последовательность значений выходного сигнала:

Анализируя выходной сигнал, видн что ряд уровней квантования в нем отсутствует, а следовательно, отсутствуют и соответствующие этим уровням.квантования градации -яркости. Особенно много градаций яркости при у 0,5 теряется в области темного. Скачок яркости при изменении входного сигнала Uцу от О до 1-го уровня квантования вызывает изменение сигнала на выходе цифрового гамма-корректора 4 и 16 уровней квантования. Это соответствует увеличению тага квантования шкалы квантования в области темного на выходе цифрового гамма-корректора 4 в 16 раз, вследствие чего на изображении появляются сильно заметные ложные контуры. В области

светлого, наоборот, при 0,5 шаг квантования очень мал. Чтобы на изображении в области темного не появились ложные контуры, нужно значительно (в данном случае в 16 раз ) увеличить число уровней квантования входного сигнала, что связано I с большими техническими трудностя-ми. Q изобретении задача устранения ложных контуров на изображении решается путем восстановления .выпавших уровней квантования с помощью линейного интерполятора 5. Линейный интерполятор работает следующим образом.

На его информационный вход поступает восьмиразрядный код низкочастотной составляющей сигнала с частотой импульсов, выработанных

задающим генератором 9, и прореженных с помощью делителя 10 частоты. Моменты времени, в которые происходит восстановление сигнала по закону линейной интерполяции, задаются и мпульсами, поступающими на тактовый вход линейного интерполятора 5 с задающего генератора 9 При. этом в линейной и-нтерполяторе 5 формируются значения отсчетов низкочастотной составляющей сигнала, которые оказались пропущенными в результате прореживания импульсов делителем 10 частоты. В процессе формирования значений недостающих отсчетов низкочастотной составляющей сигнала используются все уровни квантования, в том числе и те, которые оказались неиспользованными при перекодировке в цифровом гамма-корректоре 4. Именно это позволяет существенно (приблизительно во столько раз, сколько значений отсчетов формируется в интерполяторе 5 между двумя соседними,посПОСТуПИВШИМИ с выхода цифрового Гс№ма-коррбктора 4) уменьшить шаг квантования низкочастотной составляющей скорректированного сигнала.

Таким образом, преднамеренный пропуск части отсчетов сигнала, подвергаемого -коррекции,который оказывается возможным, поскольку обработка производится над его низкочастотной составляющей, позволяет использовать интерполяционный метод восстановления значений пропущенных отсчетов и при этом ввести в скорректированный сигнал выпавшие уровни квантования. Благодаря этому устраняются сильно -заметные на изображении ложные контуры. С выхода интерполятора 5 двоичный код низкочастотной составляющей сигнала поступает на первый вход сумматора 6. Высокочастотная, составляюща аналогового сигнала, поступающая с выхода полосового фильтра 11, также преобразуется в цифровой код.Сначала она дискретизируется во втором блоке 12 дискретизации, а затем квантуется в блоке 13 грубого квантования. Грубое квантование на 16 уровней выбрано исходя из того, что искажения сигнала, вносимые таким квантованием на мелких деталях изображения не видны и качества изображения не ухудшают. Проквантованная высокочастотная составляющая в виде четырехразрядного двоичного кода подается на второй вход сумматора 6. В последнем происходит сложение обеих составляющих путем прибавления четырехразрядного.кода высокочастотной составляющей сигнала к старшим разрядам восьмиразрядного кода низкочастотной составляющей сигнала. На. выходе сумматора 6 получают скорректированный сигнал изображения в цифровой форме.

Таким образом, в предлагаемом устройстве улучшается качество телевизионного с гнала без увеличения числа уровней квантования и, кроме того, снижаются требования к быстродействию элементной базы устройства. Например, из расчетов ,видно, если на низкочастотную сосi тавляющую приходится 1/8-1/10 часть спектра всего сигнала изображения, то, соответственно, каждая выборка низкочастотного сигнала может проходить обработку за время в 810 раз превыи1ающее то, которое отводилось на обработку выборки в устройстве-прототипе.