Устройство для формирования сигнала межкадровой разности Советский патент 1982 года по МПК H04N7/18 

Изобретение относится к телевидению и может использоваться при построении астрономических телевизионных систем, предназначенных для наблюдения подвижных объектов, например метеоров.

Известно устройство цифровой межкадровой обработки видеосигнала, содержащее телевизионную камеру, выход которой соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом демультиплексора. Выходы демультиплексора соединены с соответствующими входами цифрового запоминающего устройства, предназначенного для задержки цифрового видеосигнала на время, равное длительности телевизионного кадра. Выходы запоминающего устройства соединены с соответствующими входами демультиплексора, на выходе которого получается полный, задержанный на время кадра, цифровой видеосигнал. Выход демультиплексора соединен с одним входом арифметического устройства, осуществляющего операцию вычитания, а дру- . гой вход этого устройства соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя. Таким образом, на арифметическое устройство поступают одновременно видеосигналы пре.цыдущего и текущего кадров и после их вычитания на выходе этого устройства образуется цифровой видеосигнал межкадровой разности. Выход арифметического устройства соединен с входом цифро-аналогового преобразователя, на выходе которого обра10зуется аналоговый видеосигнал межкащровой разности 1.

Однако известное устройство имеет недостаточный динамический диапа15зон, который определяется как динамическим диапазоном телевизионной камеры, так и динамическим диапазоном тракта обработки видеосигнала, а именно, числом разрядов аналого20цифрового и цифроаналогового преобразователей и информационной емкостью запоминающего устройства. Большая емкость запоминающего устройства в данной системе достигается путем

25 соединения большого ко.йичес ва запоминающих устройств малой информационной емкости. Расширению дина.мического диапазона путем наращивания числа запоминающих устройств в

30 этой системе препятствует резкое возрастание сложности и снижение на дежности cиcтe ш. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для формирования сигнала межкадровой разности, содержащее по следовательно соединенные входной усилитель, блок памяти на приборах с зарядовой связью и выходной усилитель, а также генератор управляющих импульсов, тактовые выходы кото рого подключены к входам датчика ;телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью и к входам блока памяти на приборах с зарядовой связ и вычитатель, неинвертирующий вход которого соединен с выходом датчика телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью, а выход которого является выходом устройства Однако это. устройство имеет озтра ничейный динамический диапазон и искажения, приводящие к появлению остаточного разностного сигнала при вычитании видеосигналов из неподвиж ного изображения. Цель изобретения - уменьшение ис кажений сигнала.межкадровой разност Указанная цель достигается тем, что в устройстве для формирования сигнала межкадровой разности, содер жащем последовательно соединенные входной усилитесь, блок-памяти на приборах с зарядовой связью и выход ной усилитель, а также генератор управляющих импульсов, тактовые вы ходы которого подключены к входам датчика телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью и к вх дам блока памяти на приборах с зарядовой связью, и вычитатель, неин в.ертирующий вход которого соединен с выходом датчика телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью, а выход которого является выходом устройства между выходом да чика телевизи.онного сигнала на при борах с зарядовой связью и инверти рующим входом вычитателя введены последовательно включенные блок код рования и сумматор, между выходом датчика телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью и другим входом сумматора введены после вательно включенные дополнительный вычитатель, дополнительный входной усилитель, дополнительный блок пам ти на приборах с зарядовой связью и дополнительный входной усилитель при этом инвентирующий вход дополнительного вь1читателя соединен с другим выходом блока кодирования и входом входного усилителя, выход которого соединен с вторым входом блока кодирования, управляющий вход которого подключен к выходу переклю чения генератора управляющих импуль сов, а входы дополнительного блока памяти на приборах с зарядовой связью соединены с тактовыми выходами генератора управляющих импульсов. Кроме того, блок кодирования содержит последовательно соединенные первый аналоговый переключатель, п-уровневый аналого-цифровой преобразователь, коммутируемый источник эталонных напряжений и вто)ой аналоговый переключатель, причем управляющие входы первого и второго аналоговых переключателей являются управляющими входами блока, а первый и второй входы первого аналогового переключателя и соответствующие выходы второго аналогового переключателя являются соответственно первыми и вторыми входами и выходами блока. На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предлагаемдго устройства; на фиг..2 - то же, блок кодирования. Устройство содержит датчик L телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью (ПЗС), блок 2 кодирования, вычитатель 3, сумматор 4, дополнительный вычитатель 5, входной усилитель 6, блок 7 памяти на ПЗС, выходной усилитель 8, дополнительные входной усилитель 9, блок 10 памяти на приборах с зарядовой связью, выходной усилитель 11, генератор 12 управляющих импульсов, причем блок 2 кодирования состоит из первого аналогового переключателя 13, п-уровневого аналого-цифрового преобразователя 14, коммутируемого источника 15 эталонных напряжений,-второго аналогового переключателя 16. Устройство работает следующим образом. С выхода датчика 1 телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью аналоговый, дискретный во времени видеосигнал поэлементно поступает на один вход блока 2 кодирования, который осуществляет квантование каждого элемента видеосигнала на h уровней так, что напряжение любого уровня в любом случае получается меньшим или равным напряжению соответствующего элемента полного видеосигнала. С первого выхода блока 2 кодирования квантованный видеосигнал поступает на неинвертирующий вход дополнительного вычитателя 5, который вычитает его из полного видеосигнала с выхода датчика 1. На вых.оде этого вычитателя 5 образуется разностный видеосигнал, максимальное напряжение которого не превышает величину шага квантования. Эти две составляющие полного видеосигнала (квантованный и разностный видеосигналы) поступают на входы входных усилителей 6 и 9 соответственно. При этом, поскольку максимальное напряжение разностного видеосигнала в п раз меньше максимального напряжения квантованного видеосигнала, входной усилитель 9 должен иметь в п раз больший коэффициент усиления, чем входной усилитель. После усиления с выходов входных усилителей б и 9 эти видеосигналы поступают на входы блоков 7 и 10 памяти на приборах с зарядовой связью.

Квантованный видеосигнал записывается в блок 7 памяти, а разностный видеосигнал - в дополнительный блок 10 памяти. Эти блоки памяти на приборах с зарядовой связью осуществляют задержку видеосигналов на время, равное длительности телевизионного кадра. С выходов блоков 7 и 10 памяти задержанные видеосигналы поступают на выходные усилители: квантованный видеосигнал поступает на вход выходного усилителя 8, а аналоговый разностный видеосигнал - на вход выходного усилителя 1 При этом коэффициент усиления выходного усилителя 11 в п раз меньше коэффициента усиления выходного усилителя 8, что требуется для воестановления правильного соотношения уровней между видеосигналами. Суммарный коэффициент передачи со входа входного на выход выходного усилителей обоих блоков памяти должен быть рав.ен единице. При прохождении видеосигналов через блоки памяти на приборах с зарядовой связью они искажаются и зашумляются. Прошедший через блок памяти зашумленный задержанный квантованный видеосигнал с выхода выходного усилителя 8 поступает на второй вход блока 2 кодирования, который осуществляет регенерацию этого видеосигнала (т.е. освобождение его от шумов и искажений) . Максимально возможное число уровней квантования п должно выбираться в соответствии с требуемой вероятностью ошибки правильной регенерации сигнала, которую нужно задавать так, чтобы она практически не ухудшала основных параметров телевизионной системы (например, вероятности правильного обнаружения метеоров) .

Процедура регенерации видеосигнала состоит из квантования каждого элемента видеосигнала и выдачи на выход блока 2 кодирования соответствующих эталонных уровней, в которых уже не содержится шумов и искажений На втором выходе блока 2 кодировани получается регенерированный задержанный квантованный видеосигнал. Этот видеосигнал поступает на один вход сумматора 4,на другой вход котрого поступает задержанный разностный видеосигнал с выхода выходного усилителя 11. На выходе сумматора 4

образуется сумма этих видеосигналов, т.е. полный видеосигнал, задержанный на время, равное длительности телевизионного кадра. Этот видеосигнал предыдущего кадра поступает с выхода сумматора 4 на инвертирующий вход вычитателя 3, а на другой его вход поступает видеосигнал текущего кадра с йыхода датчика 1. В результате вычитания видеосигналов на выходе

0 вычитателя 3 образуется видеосигигит межкадровой разности.

Устройство имеет три выхода. На первом выходе присутствует видеосигнал текущего кадра, на втором выходе - видеосигнал межкадровой раз5ности, а на третьем выходе - видеосигнал предыдущего кадра. Первый и третий выходы могут быть использованы при необходимости просмотра изображения неподвижных объектов, а так0же в случае использования более сложного межкадрового кодирования с целью устранения избыточности информации телевизионного видеосигнала.

Синхронизация работы устройства.

5 для формирования сигнала межкадровой разности осуществляется с помощью неуказанного на схеме синхрогенератора, который, кроме этого, обеспечивает все матрицы приборов с заря0довой связью требуемыми тактовыми напряжениями.

Блок 2 кодирования служит для квантования полного видеосигнала текущего кадра и регенерации кванто5ванного видеосигнала предыдущего кадра. Благодаря этому, а также аа счет усиления разностного видеосигнала во входном усилителе 9 в п раз, динамический диапазон этой части

0 устройства расширяется, а искажения в формируемом видеосигнале снижаются в п раз, где п - число уровнейквантования.

Определенная доля искажений может

5 вноситься в видеосигнал за счет неточного совпадения эталонных уровней, используемых при квантовании полного видеосигнала, и эталонных уровней, используемых при регенерации квантованного видеосигнала. Для иск0лючения этих искажений предлагается использовать и квантовании и при регенерации одни и те же эталонные уровниj снимаемые с одной цепочки эталонных резисторов, и при этом

5 для обеспечения синхронизации квантование каждого элемента полного видеосигнала производить в первую половину времени элемента, а регенерацию каждого элемента квантованного

0 видеосигнала производить во вторую половину времени элемента.

Блок 2 кодирования работает следующим образом.

На первый вход аналогового перек5лючателя 13 поступает полный видеосигнал текущего кадра, а на второй вход - квантованный видеосигнал предьедущего кадра. На импульсный вход аналогового переключателя поступают импульсы переключения, тактовая частота которых в два раза выше частот элементов. Эти же импульсы поступаю на импульсный вход аналогового перелючателя 16. При этом аналоговые переключатели 13 и 16 одновременно нахйдятся либо в верхнем, либо в нижнем положениях. Когда аналоговые переключатели. 13 и 16 находятся в первом положении, видеосигнал с выхода камеры поступает через аналоговый переключатель 13 на вход п уровневого аналого-цифрового преобразователя 14, который управляет работой коммутируемого источника 15 эталонных напряжений так, что на его выходе устанавливается эталонный уровень, соответствующий обнаруженному уровню входного видеосигнала. Через аналоговый переключатель 16 уровень поступает на входной усилитель 6 блока 7 памяти для его записи. Когда аналоговые переключатели 13 и 16 находятся во втором положении, задержанный зашумленный квантованный видеосигнал с выхода выходного усилителя 8 поступает через аналоговый переключатель 13 на вход аналого-цифрового преобразователя 14, который управляет работой коммутируемого источника 15 эталонных напряжений так,что при этом на его выходе получается соответствующий эталонный уровень. Таким образом, одни и те же эталонные уровни с выходов блока 2 кодирования используются и при сложении видеосигналов на сумматоре 4 и при их разделении на дополнительном вычитателе 5,следовательно, ошибки, возникающие изза несовпадения уровней, исключаются.

Искажения и шумы в предлагаемом устройстве обусловлены лишь шумами и искажениями разностного видеосигнала, прошедшего через дополнительный блок 10 памяти. Но, так как уровень этого видеосигнала в п раз меньше уровней полного и квантованного видеосигналов, величина шумов и искажений, внесенных с этим сигналом, в п раз меньше. Остальные звенья тракта формирования видеосигнала не вносят заметных шумов и искажения, так как эти параметры у операционных усилителей и аналоговых переключателей, на основе которых построена схема, существенно выше, чем у блоков памяти на приборах с зарядовой связью.

Экспериментально установлена возможность расширения динамического диапазона тракта формирования видеосигнала в 8 раз, что соответствует расширению динамического диапазона всей передающей части телевизионно.й системы в 3-3,5 раза.

В случае использования более совершенных блоков памяти на приборах с зарядовой связью расширение динамического диапазона может быть еще большим.

Применение предлагаемоао устройства в аппаратуре, предназначенной для наблюдения метеоров, обеспечит увеличение вероятности обнаружения объектов на сложном мешающем фоне за счет расширения динамического диапазона и снижения искажений формируемого телевизионного сигнала. При этом будет достигнута практически потенциальная чувствительность телевизионной системы на приборах с зарядовой связью, которая в цифровых системах ограничивается шумами квантования, а в аналоговой системе с одной запоминающей матрицей - шумами и искажениями этой матрицы.

Формула изобретения

1. Устройство ддя формирования сигнала межкадровой разности, содержащее последовательно соединенные входной усилитель, блок памяти на приборах с зарядовой связью и выходной усилитель, а также генератор управляющих импульсов, тактовые выходы которого подключены к входам датчика телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью и к входам блока памяти на приборах с зарядовой связью, и вычитатель, неинвертирующий вход которого соединен с выходом датчика телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью, а выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью уменьшения искажений сигнала межкадровой разности, между выходом датчика телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью и инвертирующим входом вычитателя введены последовательно включенные блок кодирования и сумматор,между выходом датчика телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью и другим входом сумматора введены последовательно включенные дополнительный вычитатель, дополнительный входной усилитель, дополнительны блок памяти на приборах с зарядовой связью и дополнительный входной усилитель, при этом инвертирующий вход дополнительного вьгчитателя соединен с другим выходом блока кодирования и входом входного усилителя, выход которого соединен с вторым входом блока кодирования, управляющий вход которого подключен к выходу переключения генератора управляющих импульсов, а входы дополнительного блока памяти на приборах с зарядовой связь .соединены с тактовыми выходами генератора управляющих импульсов.

2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что блок кодирования содержит последовательно соединенные первый анаСлоговый переключатель, п уровневый аналого-цифровой преобразователь, коммутирующий источник эталонных напряжений и второй аналоговый переключатель, причем управляющие входы первого и второго

аналоговых переключателей являются управляющими входами блока, а первый и второй входы первого аналогового переключателя и соответствующие выходы второго аналогового переключателя являются соответственно первыми и вторыми входами и выходами блока.

Источники информации, примятые во внимание при .экспертизе

1. Техника средств связи.-Сер. Техника телевидения , 1979, вып. 4(8), с. 40.

2.- Патент США № 3851096, кл. Н 04 N 7/18, .1974 (прототип).