Устройство для гамма-коррекции телевизионного сигнала

 

СОЮЗ СООЕТСНИХ

ОВИЛ Й

РЕСПУБЛИН . Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНР Й,;., Н ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ (21) 2884434/18-09 (22) 20.02.80 .(46! 30.11.83. Вюл. 9 44 ,(72 ) В.М. Арямкин, Н.H. Красильников и О.И. Посохова (71 ) Ленинградский институт авиационного приборостроения (53 ) 621.397.3 (088.8) (56 ) 1. Лейтес Л.С. Аппаратура формирования сигнала черно-белого телевидения. М., "Связь", 1970, с. 223-224.

2. "Прогноз". Отчет по НИР.

Гос.per. Р У1428, гос.инв. Р 02214, 1976 (прототип ). (54 ) (57 ) УСТРОИСТВО gJISI ГАММА-КОРРЕКЦИИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГHAJIA,содержащее йоследовательно соединенные фильтр нижних частот (ФНЧ ),вход которого является входом устройства, первый блок дискретизации, блок точ„„SU„„7 A

q I5g Н 04 К 5/20; Н 04 Й 7/13 ноГо квантования и цифровой гаммакорректор, к управляющему входу которого подключен выход блока управления, а также генератор тактовых импульсов (ГТИ ), первый выход которого соединен с управляющим входом первого блока дискретизации, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества телевизионного сигнала беэ увеличения числа. уровней квантования, в него введены последовательно соединенные полосовой фильтр, выход которого объединен с входом ФНЧ, второй блок дискретизации, блок грубого квантования и сумматор, а также линейный интерполятор, вход которого подклю- В чен 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.

1058087

Цель изобретения — повышение качества телевизионного сигнала без увеличения числа уровней квантования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для гаммакоррекции телевизионного сигнала, содержащее последовательно соеди60

Изобретение относится к телевидению, в частности к устройствам коррекции амплитудной характеристики, и может быть использовано в устройствах цифрового телевидения.

Известно устройство для гаммакоррекции телевизионного сигнала, содержащее два канала обработки, первый из которых содержит последовательно соединенные фильтр нижних частот (ФНЧ ) и гамма-корректор, а второй — фильтр верхних частот (ФВЧ ) и гамма-корректор, выходы обоих каналов объединены сумматором (1) .

Недостаток устройства — возмож- t5 ность использования его лишь в аналоговых телевизионных устройствах.

Наиболее близким к предлагаемому является :стройство для гаммакоррекции, содержащее последова- 7р тельно соединенные фильтр нижних частот, блок дискретизации, блок точного квантования и цифровой гамма-корректор, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен 25 к тактовому входу блока дискретизации, и блок управления, выход которого подключен к управляющему входу цифрового гамма-корректора (23 .

Недостатки известного устройства заключаются в том, что в цифровом J

-корректоре при 1 входной сигнал подвергается нелинейной обработке и в нем возникают искажения. Если проанализировать форму цифрового 6 сигнала на выходе устройства, то оказывается, что часть кодовых комбинаций в выходном сигнале не используется вообще, в то время как на дру-! .гом участке сигнала нескольким значениям входного кода соответствует 40 одна и та же комбинация выходного.

Например, при ) 1 на начальном участке изменения сигнала от 0 до

255 (в области темного ) часть кодовых комбинаций отсутствует. Это 45 приводит к появлению на иэображении так называемых ложных контуров,так как на изображении отсутствуют градации яркости, описываемые этими кодами. Низкое качество иэображе- gp ния, связанное с появлением искажений в виде ложных контуров, а также то, что для реализации устройства требуется элементная база с очень высоким быстродействием, так как обработка ведется во всей полосе частот сигнала. ненные 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 управляющим 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 линейный интерполятор, 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 точного квантования, цифровой гамма-корректор 4, линейный интерполятор 5, сумматор 6, 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 R< -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 отсчетов.

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

1058087

2 3

Овк

8 9 10

4 5

0 1

0 16

28 32 36 39 42

45 48 50

11 Вых

245 246 247 248 249

250 250 251 251 252 252 253 253 254 254 255 значения сигнала берутся только в определенные дискретные моменты времени с частотой, определяемой по теореме Котельникова. Импульсы, определяющие моменты взятия выборок сигнала, вырабатываются задающим генератором 9 и прорежи; аются до частоты, необходимой для дискретизации низкочастотной составляющей, с помощью делителя 10 частоты. Дискретизиронанный сигнал с выхода 10 блока 2 дискретизации поступает в блок 3 точного квантования, где квантуется на 256 уровней. Число уровней квантования выбирается таким, чтобы на изображении не было 15 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 преобразуется в восьмиразрядный двоичный 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 восьмираэрядного- кода н цифровом гамма-корректоре 4, блок 7 управления в зависимости от величины показателя осуществляет определенную коммутацию микросхем с ячейками памяти цифрового гаммаЧС

Анализируя выходной сигнал, видно, что ряд уровней квантования в нем отсутствует, а следовательно, отсутствуют и соответствующие этим уровням. квантования градации яркости. Особенно много градаций яркости при = 0,5 теряется в области темного. Скачок яркости при изменении входного сигнала U gx от 0 до 1-го уровня квантования вызывает изменение сигнала на выходе цифрового гамма-корректора 4 и 16 уровней квантования. Это соответстнует увеличению мага квантования 60 шкалы квантования в области темного на выходе цифрового гамма-корректора 4 в 16 раз, нследстние чего на изображении появляются сильно заметные ложные контуры. В области корректора 4, которая составпяется по таблице соответствия входных значений сигнала тем выходным, которые требуется получить. При такой перекодировке, в процессе которой производится нелинейное преобразование сигнала, часть кодовых комбинаций, соответствуюших ряду уровней квантования, на выходе цифрового гамма-корректора 4 не используется. Например, пусть входной сигнал OB описывается восьмиразрядным кодом, динамический диапазон входного сигнала разбивается на 256 уровней, ) = .0,5.

Il

SuiX= Р "qx

0вых = Р 40в„

Коэффициент Р определяют из условия постоянства динамического диапазона сигнала бытах Р " ькта

255 = (-Г255 — 15,96

0вых= 15,96 Uox

Поскольку значения И ВЬ, получаются дробными, производят их округление до ближайшего целого. При изменении OBX от 0 до 255 с шагом

1 получают на выходе цифрового гамма-корректора 4 следуюшую последовательность значений выходного сигнала:

250 251 252 253 254 255 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

}с большими техническими трудностя ми. В изобретении задача устранения ложных контуров на изображении решается путем восстановления .выпавших уровней квантования с помощью линейного интерполятора.5.

Линейный интерполятор работает следуницим образом.

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

1058087

Составитель В. Максимова

ТехредЛ. Пилипенко Корректор А. Зимокосов

Редактор A. Kypax

Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 9602/58

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная,4 задающим генератором 9, и прореженных с помощью делителя 10 частоты. Моменты времени, в которые происходит восстановление сигнала по закону линейной интерполяции, задаются импульсами, поступающими на тактовый вход линейного интерполятора 5 с задающего генератора 9.

При этом в линейном интерполяторе

5 формируются значения отсчетов низ кочастотной составляющей сигнала, которые оказались пропущенными в результате прореживания импульсов делителем 10 частоты. В процессе формирования значений недостающих отсчетов низкочастотной составляю- . щей 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 гамма-корректора 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 испольэовать интерполяционный метод восстановления значений пропущенных отсчетов и при этом ввести в скорректированный сигнал выпавшие уровни квантования. Благодаря этому устраняются сильно заметные на иэображении ложные контуры. С выхода интерполятора 5 двоичный код низкочастотной составляющей сигнала поступает на первый вход сумма= тора 6. Высокочастотная составляющая аналогового сигнала, поступающая с выхода полосового фильтра 11, также преобразуется в цифровой код.Сначала она дискретизируется во втором блоке 12 дискретизации, а за. тем квантуется в блоке 13 грубого квантования. Грубое квантование на

16 уровней выбрано исходя из того, t0 что искажения сигнала, вносимые таким квантованием, на мелких деталях изображения не видны и качества изображения не ухудшают. Проквантованная высокочастотная составляю15 щая 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 сигнала беэ увеличения числа уровней квантования и, кроме того, снижаются требования к быстродействию элементной базы устройства. Например, из расчетов

1видно, если на низкочастотную сос35 тавляющую приходится 1/8-1/10 часть спектра всего сигнала изображения, то, соответственно, каждая выборка низкочастотного сигнала может проходить обработку за время в 84(3 10 раэ превышающее то, которое отводилось на обработку выборки в устройстве-прототипе.