Устройство для автоматической компенсации неравномерности фона телевизионного сигнала Советский патент 1992 года по МПК H04N5/235 

Изобретение относится к телевизионной технике, а именно к устройствам обработки телевизионного сигнала, и может быть использовано в устройствах компенсации неравномерности фона видеосигнала.

Цель изобретения - повышение точности компенсации неравномерности фона телевизионного сигнала и повышение быстродействия.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства для автоматической компенсации неравномерности фона телевизионного сигнала; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема формирователя управляющего напряжения; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема генератора компенсирующего сигнала; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема распределителя импульсов; на фиг. 5 - схема соединения выводов микросхемы 590 КНб аналогового коммутатора с шиной управления.

Устройство для автоматической компенсации неравномерности фона телевизи- онного сигнала содержит аналоговый сумматор 1, аналоговый сумматор-усилитель 2, первый резистор 3, аналоговый коммутатор 4, первый - девятый блоки 5-13 усреднения, первый -третий формирователи 14- 16 управляющего напряжения, генератор 17 компенсирующего сигнала, распределитель 18 импульсов и синхрогене- ратор 19. Выход аналогового сумматора 1 соединен с суммирующим входом аналогового сумматора-усилителя 2, выход которого через первый резистор 3, аналоговый коммутатор 4, соответствующие блоки 5 - 13 усреднения, первый -третий формирователи 14-16 управляющего напряжения соединены с входами генератора 17 компенсирующего сигнала, выход которого соединен с вычитающим входом алгебраического сумматора 1. Первая группа выходов распределителя 18 соединена с входом управления аналогового коммутатора 4, а вторая группа выходов распределителя 18 соединена с управляющими входами первого - третьего формирователей 14- 16 управляющего напряжения. Выходы синхрогенератора 19 соединены с соответствующими входами распределителя 18 и генератора 17. Формирователи 14- 16 управляющего напряжения содержат блок 20 сумматоров, соединенный своими выходами с входами формирователя 24 параболического напряжения, а блок 20 содержит первый - третий алгебраические сумматоры 21 - 23, третий вход формирователя 24 через второй аналого-цифровой преобразователь 29, второй операционный усилитель .30, третий аналого-цифровой преобразователь 31, третий операционный усилитель 32 соединен с выходом форми- рователя 14. Второй вход формирователя

24через первый аналого-цифровой преобразователь 26, первый операционный Л усилитель (ОУ) 27 и третий р езистор 28 соединен с выходом третьего аналого-цифрового преобразователя 31, а первый вход формирователя 24 через второй резистор

25соединен с выходом первого аналого- цифрового преобразователя 26. Цифровые входы первого - третьего аналого-цифровых преобразователей 26,29 и 31 объединены и являются управляющим входом. Генератор 17 компенсирующего сигнала содержит последовательно включенные блок 33 алгебраических сумматоров, состоящий

из первого - третьего алгебраических сумматоров 34 - 36 и формирователя 37 параболического напряжения. Первый вход последнего через четвертый резистор 38 соединен с выходом формирователя 37, второй вход через первый интегратор 39 со сбросом и пятый резистор 40 соединен с выходом формирователя 37, третий вход через второй и третий интеграторы 41 и 42 со сбросом и шестой резистор 43 соединен с

выходом формирователя 37. Распределитель 18 импульсов содержит двоичный счетчик 44, счетный вход которого соединен с четвертым входом распределителя 18, вход установки которого через первый 45 и второй 46 инверторы соединен с входом установки двоичного счетчика 44, выходы которого образуют вторую группу выходов распределителя 18. Выход первого инвертора 45 соединен с входом установки первого D-триггера 47 и через третий инвертор 49- с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 55, выход которого соединен с первыми входами первого элемента И-НЕ 52 непосредственно, а второго элемента И-НЕ 51-через четвертый инвертор 50. Вторые входы элементов И-НЕ 51 и 52 соединены с третьим входом распределителя 18 и входом установки второго D-триггера 48,; вход синхронизации которого соединен с вторым входом распределителя 18 и через пятый инвертор 53 - с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 54. Вторые входы первого 55 и второго 54 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соответственно соединены с инверсными выходами первого 47 и второго 48 D-триггеров.

Устройство для автоматической компенсации неравномерности фона телевизионного сигнала работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на неиывбр- тирующий вход алгебраического сумматора 1, на второй вход которого поступает ком- пенсирующий сигнал с выхода генератора 17, равный низкочастотный составляющей неравномерности фона телевизионного сигнала и аппроксимированный полиномом второй степени. При этом линейная со- ставляющая неравномерности фона для телекамер, работающих с наклоном оптической оси к горизонту, определяется наличием атмосферной дымки, а параболическая компонента обуславливается центральной симметрией конструкции оптической системы и телевизионного датчика. Для независимого нахождения коэффициентов разложения полинома, описывающего параболическую составляющую неравномер- ности, необходимо разбивать активную зону телевизионного кадра не менее чем на девять зон, в которых происходит усреднение телевизионного сигнала (фиг. 6).

В каждой зоне происходит низкочастот- ная фильтрация телевизионного изображения низкочастотным фильтром с постоянной времени не менее 10 - ЮОмс в зависимости от быстродействия устройства. Так, при постоянной времени 50 мс бы- стродействие устройства составляет 100 - 120 мс

На. фиг. 6 показано как разбита активная зона телевизионного кадра на зоны усреднения. Так, при начале первой строки нового кадра первым открывается первый, канал аналогового коммутатора 4 и сигнал с выхода устройства, усиленный в N раз в алгебраическом сумматоре-усилителе 2, через резистор 3, коммутатор 4 поступает на первый блок 5 усреднения, представляющий из себя конденсатор с повторителем на операционном усилителе. Треть строки конденсатора первого блока 5 заряжается, затем первый канал коммутатора 4 закры- вается, первый блок 5 переходит в режим хранения накопленного напряжения и начинает, заряжаться конденсатор четвертого блока 8, затем - седьмого блока 11, после чего последующие 89 - 90 строк для стан- дартного телевизионного разложения 625 строк на 50 полукадров с 288 полными активными строками. Процесс повторяется и заканчивается тем, что в первом 5, четвертом 8 и седьмом 11 блоках усреднения хра- нится информация о усредненном напряжении фона UAI, UA2, УАЗ в первых трех зонах. Координаты точек, которым приписываются значения напряжения фона, будут UA1(T1K,T1C UA2(T1K.T1C) И

идзСпк.тзс)- После чего, аналогично работая, коммутатор 4 усреднит напряжения в оставшихся шести зонах и в блоках 5-12 усреднения будет храниться напряжение о девяти значениях напряжения фона телевизионного изображения. Естественно, установившийся процесс будет после последовательного усреднения нескольких полукадров телевизионного изображения. Одновременно с усреднением сигнала три формирователя 14 - 16 управляющего напряжения формируют три параболических напряжения, являющихся сечениями неравномерности фона телевизионного сигнала и проходящие через точки UAU Uei и Uci, UA2, UB2 и Uc2, УАЗ, UBS и исз(фиг. 7). Поскольку через три точки можно провести только одну кривую второго порядка, описывающуюся выражением

f(tk) а + btk + ctk2,(1)

где tk - координата в направлении кадрового разложения, нормированная по величине длительности кадра активной части.

Тогда из системы линейных уравнений

UA a + btik + ctik UB а + bt2k + ct2r a + bt3k + ctsk

(2)

можно найти коэффициенты разложения а, b и с выражения (1) как

(ai 1,875UAi - 1.25UBI + 0,375Uci

jbl 9UBi-6UAi-3Uci(3)

Ci 4,5Uci - 9UBi + 4.5UA1

где i 1,2,3;

UAI, UBI. Uci - напряжения, усредненные в одном из трех кадровых сечений.

Напряжение по выражению (3) формируется в блоке 20 сумматоров формирователей 14 - 16. После чего напряжение ai, равное постоянной составляющей, проходит через второй резистор 25, первый ОУ 27, третий резистор 28, третий ОУ 32 на выход формирователя управляющего напряжения. Напряжение bi, равное коэффициенту при первой степени полинома, также суммируется в третьем ОУ 32. но предварительно проходит через умножающий аналого-цифровой преобразователь 26, где его коэффициент передачи зависит от номера активной строки, подаваемой на управляющий вход так, что у первой строки коэффициент передачи минимален, а у последней (288) максимален. Напряжение С поступает на выход формирователя 14 управляющего напряжения через последовательно соединенные два аналого-цифровых преобразователя та, что, в зависимости от номера строки, на выходе третьего ОУ 32 формируется квадратичная составляющая напряжения компенсации, а сумма всех трех составляющих дает компенсирующее напряжение, описывающее выражением (1),

Напряжения, описывающие .три сечения в кадровом направлении напряжения неравномерности фона, подаются на генератор 17 компенсирующего сигнала, где из них аналогично формирователям 14 - 16 формируется напряжение, проходящее в каждой строке через три значения управляющих напряжений. Благодаря этому формируется полный компенсирующий сигнал. При этом генератор 17 может быть выполнен аналогично формирователям 14 - 16с быстродействующими ЦАП и с фильтром нижних частот, подавляющим шумы коммутации ЦАП в строчном направлении, в котором необходимо использовать не менее 400 отсчетов. Следовательно, на управляющий вход формирователя 14 необходимо подать 9-разрядный двоично-взвешенный сигнал с частотой 8 МГц.

Несколько проще вариант (фиг. 3), где формирователь параболического напряжения построен на интеграторах со сбросом гасящим импульсом в каждой строке, четвертый 38, пятый 40 и шестой 43 резисторы, по существу являются суммирующими резисторами алгебраического сумматора 1, коэффициенты передачи по обоим входам которого равны 1. Для исключения постоянной составляющей на выходе алгебраического сумматора-усилителя 2 на его девять вычитающих входов подаются напряжения с выходов блоков 5 - 13 усреднения, что позволяет увеличить динамический диапазон входного сигнала. Коэффициент передачи по этим входам равен коэффициенту усиления усилителя-сумматора 2. При коэффициенте усиления устройство ослабляет, как любое устройство с ООС, величину неравномерности и фона телевизионного сигнала такжел,в 20 раз.

Синхрогенератор 19 формирует на четвертом выходе гасящие импульсы кадров ГИП (фиг, 7, а), на пятом выходе - гасящие импульсы строк ГИС (фиг. 7, з), на третьем выходе - смесь гасящих импульсов СГИ ГИП + ГИС, на первом выходе - кадровый импульс КИ (фиг. 7, г), на втором выходе - строчный импульс СИ (фиг. 7, д) КИ и СИ расположены соответственно в центре активной части кадра и строки длительностью в одну их треть (фиг. 7, г и д).

В качестве синхрогенератора 19 можно использовать любой синхрогенератор, вырабатывающий гасящие и смесь гасящих импульсов и имеющий выход тактовой частоты для построения, выполненный на счетчиках импульсов КИ и СИ, например, синхрогенератор на микросхеме. 1124 АП2, имеющий тактовую частоту 21 и 7 МГц. Тогда используется делитель на 350 стробиру0 емой СГИ и делитель на 3, выход. Qr 02 и будет импульсом СИ, для импульса КИ не-- обходим еще один делитель на 288, строби- руемый ГИП. Можно также использовать синхрогенератор 53-26-90, разработанный

5 на предприятии-заявителе, в котором все импульсы защиты в ПЗУ, а выборка осуществляется по адресам, задаваемым двумя счетчиками: счетчиком тактов по строкам и счетчиком строк.

0 Распределитель 18 импульсов вырабатывает необходимые сигналы для работы цифроаналоговых преобразователей. Это двоичный счетчик 44, считающий количество строк, поступающих после очередного

5 гасящего кадрового импульса, его выходы - это вторая группа выходов, причем старший разряд счетчика 44 подключается к старшему разряду ЦАП, а также два D-триггера и логическая схема на инверторах, элемен0 тах И-НЕ и элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ для обеспечения сигналов на первой группе выходов, подключенных к коммутатору на микросхемах 590 КН6 (фиг. 5), где показано как первая группа выводов под5 ключена к управляющим входам микросхем (т.е. каналов коммутатора девять, а в 590 КН6 только шесть, то используют два корпуса микросхем 590 КН6). Эпюры напряжений первой группы выходов распре0 делителя 18 показаны соответственно на фиг. 7, ж, е, б, в, и. При этом импульсы (фиг. 7, в) прорезаны смесью гасящих импульсов, что выполняется в элементах И-НЕ 51 и 52, первый и второй триггеры 47 и 48

5 формируют импульсы (фиг.. 7, б, ж), которые с инверсных выходов триггеров на элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 55 и 54 дают импульсы для стробирования смесью ГИП + ГИС (фиг. 7, к) и импульсы

0 фиг. 7, е.

Резисторы 25 и 28 должны быть равны сопротивлению матрицы R 2R ЦАП 26 и 31 соответственно.

Можно использовать и другие стандар5 ты разложения телевизионного сигнала, из- менив число деления счетчика 44 и коэффициенты суммирования сумматоров в блоках 33 и 20 сумматоров.

Предлагаемое устройство имеет высокую точность, быстродействие и более широкий динамический диапазон входных сигналов.

Испытание опытного образца предлагаемого устройства показало, что подавление неравномерности фона с соотношением пилообразной составляющей и параболической (70 и 30%) осуществляется не менее чем в 20 раз при высоком быстродействии и величине неравномерности, достигающей 10 В при информационной составляющей 1В.

Формулаизобретения 1. Устройство для автоматической компенсации неравномерности фона телевизионного сигнала, содержащее алгебраический сумматор, суммирующий вход которого является входом устройства для автоматической компенсации неравномерности фона телевизионного сигналу, вычитающий вход соединен с выходом генератора компенсирующего сигнала, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и вто- .рого формирователей управляющего напряжения, а выход алгебраического сумматора является выходом устройства для автоматической компенсации неравномерности фона телевизионного сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности компенсации неравномерности фона тэлевизионного сигнала и повышения быстродействия, в него введены третий формирователь управляющего напряжения, выход которого соединен с третьим входом генератора компенсирующего сигнала, ал-: гебраический сумматор-усилитель, суммирующий вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора, первый резистор, аналоговый коммутатор, девять блоков усреднения, распределитель импульсов, первая и вторая группы выходов которого соединены соответственно с управляющими входами аналогового коммутатора и управляющими входами первого, второго и третьего формирователей управляющего напряжения и синхрогенератора, четыре выхода которого соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами распределителя импульсов, а пятый выход соединен с пятым входом распределителя импульсов и входом установки генератора компенсирующего сигнала, выход алгебраического сумматора-усилителя через первый резистор соединен с сигнальным входом ана-, лотового коммутатора, первый, второй и третий выходы которого соединены через соответствующие блоки усреднения с тремя входами первого формирователя управляющего напряжения и первым, вторым, третьим вычитающими входами аналогового сумматора-усилителя, четвертый, пятый и шестой вычитающие входы аналогового 5 сумматора-усилителя соединены с тремя входами второго формирователя управляющего напряжения и через четвертый, пятый и шестой блоки усреднения с соответствующими выходами аналогового коммутатора,

0 седьмой, восьмой и девятый выходы которого соединены через соответствующие блоки усреднения с тремя входами третьего формирователя управляющего напряжения и седьмым, восьмым и девятым входами ана

5 лотового сумматора-усилителя.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е- е с я тем, что каждый из формирователей управляющего напряжения выполнен в виде блока сумматоров, три входа которого

0 являются входами формирователя управляющего напряжения, выход которого является выходом формирователя управляющего напряжения, при этом блок сумматоров содержит три алгебраических сумматора,

5 а формирователь параболического напряжения содержит три аналого-цифровых преобразователя (АЦП), три операционных усилителя, второй и третий резисторы, причем первый вход блока сумматоров со0 единен с первыми суммирующими входами первого и третьего алгебраических сумматоров и первым вычитающим входом второго алгебраического сумматора, второй вычитающий вход которого соединен

5 с вторыми суммирующими входами первого и третьего алгебраических сумматоров и третьим входом блока сумматоров, второй вход которого соединен с суммирующим входом второго алгебраического

0 сумматора и вычитающими входами первого и третьего алгебраических сумматоров, выходы трех алгебраических сумматоров являются выходами блока сумматоров и соединены с тремя входами фор5 мирователя параболического напряжения, первый вход которого через второй резистор соединен с первым выходом первого АЦП и первым входом первого операционного усилителя (ОУ), второй вход которого

0 соединен с общей шиной, второй вход формирователя параболического напряжения соединен с сигнальным входом первого АЦП, второй выход которого соединен с выходом первого ОУ, выход которого через

5 третий резистор соединен с первым выходом третьего АЦП и первым входом-треть- его ОУ, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход является выходом формирователя параболического напряжения, третий вход которого является

сигнальным входом второго АЦП, цифровой вход которого соединен с цифровыми входами первого и третьего АЦП и управляющим входом формирователя параболического напряжения, первый выход второго АЦП через второй ОУ соединен с вторым выходом второго АЦП и первым входом третьего АЦП, вход второго ОУ соединен с общей шиной.

3. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что генератор компенсирующего сигнала выполнен в виде блока сумматоров, три входа которого являются тремя входами генератора компенсирующего сигнала, и формирователя параболического напряжения, три входа которого соединены с тремя выходами блока сумматоров, а выход является выходом генератора компенсирующего напряжения, при этом блок сумматоров содержит три алгебраических сумматора, выходы которых являются выходами блока сумматоров, первый вход которого является первыми суммирующими входами первого и третьего аналоговых сумматоров и первым вычитающим входом второго аналогового сумматора, второй вычитающий вход которого соединен с вторыми суммирующими входами первого и третьего аналоговых сумматоров и является третьим входом блока сумматоров, второй вход которого является суммирующим входом второго аналогового сумматора и соединен с вычитающими входами первого и третьего аналоговых сумматоров, а формирователь параболического напряжения содержит четвертый, пятый и шестой резисторы, и три интегратора с сбросом, при этом первый вход формирователя параболического напряжения соединен через четвертый резистор с выходом формирователя параболического напряжения, второй вход которого через последовательно соединенные первый интегратор и пятый резистор соединен с выходом формирователя

параболического напряжения, третий вход которого через последовательно соединенные второй и третий интеграторы и шестой резистор соединен с выходом формирователя параболического напряжения, управляющий вход которого соединен с входами сброса трех интеграторов.

4. Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что распределитель импульсов содержит двоичный счетчик, вход синхронизации которого является четвертым входом распределителя импульсов, вторая группа выходов которого является выходами двоичного счетчика, вход установки распределителя импульсов соединен с входом установки двоичного счетчика, через последовательно соединенные первый и второй инверторы, выход первого инвертора соединен с входом обнуления первого Dтриггера и через третий инвертор - с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с инверсным выходом первого D-триггера, а выход соединен с

первым входом первого элемента И-НЕ и через четвертый инвертор - с первым входом второго элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с вторым входом первого элемента И-НЕ, входом обнуления второго D-триггера и является третьим входом распределителя импульсов, первый вход которого является счетным входом первого D-триггера, второй вход распределителя импульсов является счетным входом

второго D-триггера и через пятый инвертор соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. второй вход которого соединён с инверсным выходом второго D-триггера, прямой выход которого, прямой выход первого D-триггера, выход второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и выходы двух элементов И-НЕ являются первой группой выходов распределителя импульсов.

Пход

Изобретение относится к телевизионной технике, а именно к устройствам обра- боротки телевизионного сигнала. Цель изобретения - повышение точности компенсации неравномерности фона телевизионного сигнала и повышение быстродействия. Устройство для автоматической компенсации неравномерности фона телевизионного сигнала содержит аналоговый сумматор 1, аналоговый сумматор-усилитель 2, первый резистор 3, аналоговый коммутатор 4, девять блоков 5 - 13 усреднения, три формирователя 14-16 управляющего напряжения, генератор 17 компенсирующего сигнала, распределитель 18 импульсов и синхрогенератор 19. А также блок сумматоров, три алгебраических сумматора, формирователь параболического напряжения, второй резистор, три аналого-цифровых преобразователя, три операционных усилителя, формирователь параболического напряжения, резисторы, интеграторы, двоичный счетчик, инверторы. 6-тригге- ры, элементы ИННЕ и элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. 3 з.п. ф-лы. 7 ил. сл с

2бхоЗ

36ход

Выход

Упр. вход

ЧЪг..

2 б ход

Збход

i

N3

Выгод §

-si ю

Упр. &0д

г. Д

. Ъ

,Й их

. ) м %.

«

п.

№

$

И

3

«о

jQgft /

)

1

11

в Ч

ГО М

530КН6

0LLB.5

кадры

Фиг. 6

Тзс 7Ј

строки

lit

§ § s

4 I §

t

«S

I