Способ коррекции нелинейных предыскажений цветоразностных сигналов секам и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике цветного телевидения и может быть использовано в декодерах СЕКАМ цветных телевизоров и видеоконтрольных устройств. Цель изобретения - это существенное повышение (в несколько раз) цветовой четкости изображения, принимаемого по системе СЕКАМ, на переходах насыщенных цветов в известном способе коррекции демодулированного сигнала СЕКАМ. Для этого в способе, включающем определение интервала времени Δt₁, соответствующего длительности ограниченного по амплитуде выброса в цветоразностном сигнале, путем сравнения значения последнего с величиной заданного напряжения, задержку цветоразностного сигнала на время τ₁, превышающее возможное максимальное значение Δt₁, формирование амплитуды импульса коррекции путем накопления в течение времени Δt₁ вспомогательного напряжения, запоминание полученного значения амплитуды на время Δt₂ = τ₁-Δt₁, формирование импульса коррекции в течение времени Δt₃, равного Δt₁, суммирование задержанного цветоразностного сигнала со сформированным корректирующим сигналом, коррекцию низкочастотных предыскажений в полученном сигнале, дополнительно задерживают цветоразностный сигнал на время τ₂, превышающее минимальную длительность его фронта, инвертируют, складывают с величиной заданного напряжения, запоминают полученное значение на время, большее Δt₃, и умножают импульс коррекции на полученное значение, получая корректирующий сигнал. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к технике цветного телевидения, в частности к декодерам СЕКАМ цветных телевизоров и видеоконтрольных устройств.

В соответствии с действующим в России стандартом (ГОСТ 7845-92 "Система вещательного телевидения. Основные параметры. Методы измерений") сигналы цветности "формируются посредством частотной модуляции цветовых поднесущих предыскаженными цветоразностными сигналами D_R* (красная строка) и D_B* (синяя строка)" - (п.1.2.10 ГОСТ), причем используются линейные (частотные) предыскажения цветоразностных сигналов с "номинальной амплитудно-частотной характеристикой цепи предыскажения" (п.1.2.15 ГОСТ), состоящие в низкочастотной фильтрации и обработке пропорционально-дифференцирующей цепью с частотой среза f₁= 85 кГц, что приводит к появлению выбросов на коротких по длительности (0,3...2 мкс) переходах этих сигналов. Далее сигналы с частотными предыскажениями подвергаются амплитудному ограничению на уровнях, соответствующих частотам цветовой поднесущей 3900 и 4476 кГц (п.п.1.2.13, 1.2.12 ГОСТ). Амплитудное ограничение можно рассматривать как нелинейные предыскажения модулирующих сигналов, вводимые перед частотной модуляцией с целью уменьшения перекрестных искажений "цветность - яркость".

На приемной стороне, т. е. в стандартных декодерах СЕКАМ, соответствующими цепями корректируются лишь частотные (линейные) предыскажения. Для малых величин перепадов цветоразностных сигналов, не приводящих к ограничению на переходах, это приемлемо, так как введенные на передающей стороне предыскажения полностью корректируются и восстанавливаются исходные цветоразностные сигналы D_R' и D_B', сформированные согласно выражениям (2) и (3) п. 1.2.9 ГОСТ.

На переходах цветоразностных сигналов, соответствующих насыщенным цветам, возникают большие по амплитуде выбросы, которые в кодере СЕКАМ ограничиваются, т. е. появляются нелинейные предыскажения модулирующих сигналов, которые в стандартных декодерах СЕКАМ не корректируются, вследствие чего и появляются (после коррекции низкочастотных предыскажений) искажения цветоразностных сигналов, состоящие в существенном увеличении длительности их переходов, что приводит к "размытию" вертикальных цветовых границ на принимаемом изображении.

Известно (см. Гофайзен О.В., Платзерова Н.А. "Анализ методов уменьшения потери цветовой четкости в системе СЕКАМ". - Радиоэлектроника, 1994, 5, с. 24-31), что отсутствие коррекции нелинейных предыскажений цветоразностных сигналов СЕКАМ в стандартном декодере этой системы приводит к увеличению длительности переходов сигналов стандартных вертикальных цветных полос номенклатуры 100/0/100/0 с 375 нс на слабонасыщенных цветах до 4240...4270 нс на насыщенных цветах, т. е. в 11,3 раза. Для цветных полос номенклатуры 100/0/75/0 длительность переходов возрастает до 2760 нс, т.е. в 7,4 раза. Проведенный нами анализ предыскаженных цветоразностных сигналов D_R' и D_B' для трех типов вертикальных цветных полос с различной последовательностью цветов: ВЦП1 (вертикальные цветные полосы с убывающей яркостной последовательностью), ВЦП2 (вертикальные цветные полосы с последовательностью наибольших яркостных скачков) и ВЦП3 (вертикальные цветные полосы с последовательностью наибольших скачков частоты) показал, что из 42 цветовых переходов этих сигналов ограничение разной глубины присутствует на 25 переходах, или в 59,5% случаев наличия перехода.

В упомянутой выше работе дается сравнительный анализ нескольких способов уменьшения искажений, вызванных ограничением выбросов в кодере СЕКАМ. Указывается, что большинство этих методов сопряжено с "нарушением стандарта SECAM".

Сущность наиболее эффективного из этих способов состоит в том, что в кодере СЕКАМ (на передающей стороне) от предыскаженного сигнала отделяется сигнал зубца (выброс), который подвергается "размытию" с помощью фильтра нижних частот, ширина полосы пропускания которого управляется сигналом относительно уровня ограничения. Полученный сигнал суммируется с предыскаженным цветоразностным сигналом. Данный способ не позволяет устранить указанные искажения полностью для любых сочетаний параметров сигналов и устройства дополнительной обработки.

Известно устройство нелинейной обработки сигнала по этому способу (см. Гофайзен О. В. , Платзерова Н.А. "Анализ методов уменьшения потери цветовой четкости в системе СЕКАМ". - Радиоэлектроника, 1994, 5, с.30, рис.5), содержащее последовательно включенные блоки: нелинейной обработки, вычитатель, фильтр нижних частот (ФНЧ), сумматор (имеется в заявляемом объекте), выход которого является выходом устройства, и ограничитель, причем второй выход блока нелинейной обработки соединен с управляющим входом ФНЧ, выход ограничителя соединен со вторыми входами вычитателя и сумматора, вход ограничителя соединен со входом блока нелинейной обработки и является входом устройства. При обработке цветоразностного сигнала в этом устройстве возникает перекоррекция тянущегося продолжения, которая может быть уменьшена за счет сужения полосы фильтрации, но при этом снижается выигрыш от дополнительной обработки.

Также известен способ уменьшения длительности цветовых переходов (см. а. с. 832777 СССР, МКИ⁴ H 04 N 9/53. Способ коррекции полного цветового сигнала системы СЕКАМ, БИ, 1981, 19), в соответствии с которым на приемной стороне осуществляют высокочастотную предкоррекцию полного цветового телевизионного сигнала, преобразуют в низкочастотный сигнал, форма которого повторяет огибающую высокочастотного предкорректированного сигнала, дифференцируют низкочастотный сигнал и суммируют полученный сигнал с исходным телевизионным сигналом. В процессе матрицирования, т.е. получения сигналов основных цветов R, G, В из цветоразностных сигналов и сигнала яркости, происходит коррекция искажений цветоразностных сигналов полученным сигналом.

Этот способ не обеспечивает точной коррекции цветоразностных сигналов, так как полученный (корректирующий) сигнал зависит не только от формы искаженных цветоразностных, но и от величин перепадов сигнала яркости.

Известно устройство коррекции цветовых переходов по этому способу (см. Шабетник В. Д. Уменьшение длительности цветовых переходов. - Техника кино и телевидения, 1983, 6. С.46-47), содержащее последовательно соединенные блоки полосового фильтра, фильтра предыскажения, усилителя сигнала цветности, амплитудного детектора, усилителя (имеется в заявляемом объекте), каскада фиксации, дифференцирующей цепи, регулируемого усилителя, через которые входной сигнал подводится к одному из входов сумматора (имеется в заявляемом объекте), ко второму входу последнего через линию задержки (имеется в заявляемом объекте) подводится полный цветовой сигнал. Сигнал, прошедший коррекцию, снимается с выхода сумматора.

Это устройство не обеспечивает коррекцию большинства цветовых переходов, кроме голубого, пурпурного и синего цветов.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому по технической сущности является "Способ коррекции демодулированного цветоразностного сигнала и устройство для его осуществления" (см. а.с. 1533019 СССР, МКИ⁴ Н 04 N 9/64, БИ 48, 1989). Способ заключается в том, что определяют интервалы времени Δt₁, соответствующие ограниченным участкам выброса в цветоразностном сигнале, путем сравнения мгновенного значения цветоразностного сигнала с заданным напряжением (имеется в заявляемом объекте), задерживают цветоразностный сигнал на время τ, превышающее возможное максимальное значение Δt₁ (имеется в заявляемом объекте), формируют амплитуду корректирующего сигнала путем накопления в течение времени Δt₁ вспомогательного напряжения (имеется в заявляемом объекте), осуществляют запоминание полученного значения амплитуды на время Δt₂ = τ-Δt₁ (имеется в заявляемом объекте), формируют корректирующий сигнал в течение времени Δt₃, равного Δt₁ (имеется в заявляемом объекте), суммируют задержанный на время (Δt₁+Δt₂) цветоразностный сигнал со сформированным корректирующим сигналом (имеется в заявляемом объекте) и корректируют в полученном сигнале низкочастотные предыскажения (имеется в заявляемом объекте).

Этот способ не обеспечивает высокой точности восстановления формы "отсеченных" выбросов цветоразностных сигналов, так как для формирования корректирующего сигнала, замещающего "отсеченный" выброс, используется лишь один параметр входного цветоразностного сигнала, а именно: интервал времени Δt₁, соответствующий основанию ограниченного выброса и преобразуемый в амплитуду корректирующего сигнала путем накопления вспомогательного сигнала в течение времени Δt₁.

Как будет показано ниже, форма ограниченного выброса определяется как минимум тремя параметрами: уровнем ограничения Е₁ цветоразностного сигнала, интервалом ограничения Δt₁ выброса и значением цветоразностного сигнала U_p, предшествующим цветовому переходу, на котором произошло ограничение выброса.

Для доказательства этого положения рассмотрим прохождение цветоразностного сигнала в виде положительного скачка напряжения через цепь низкочастотных предыскажений (НЧП). Стандартом (ГОСТ 7845-92) задается модуль передаточной функции цепи НЧП в виде Преобразуем выражение (2), полагая формулу под модулем комплексным коэффициентом передачи предыскажающей цепи где Переходная характеристика цепи НЧП, очевидно, имеет вид
где
функция единичного скачка.

Отклик цепи НЧП с переходной характеристикой (4) на сигнал (1) запишется как

и показан на фиг.1.

Из формулы (5) следует, что величина выброса (при t=0) на выходе цепи НЧП в 3 раза превышает величину скачка U_m на ее входе и при t_→∞ значение u_НЧП(t) стремится к U_p+U_m. При ограничении ширины спектра цветоразностного сигнала в соответствии с ГОСТ выброс теряет экспоненциальную форму и его пиковое значение превышает величину U_m в 2,57 раза, что показано на фиг.1, б. Однако аналитическое выражение для этого сигнала достаточно громоздко, поэтому с достаточной для практики точностью будем использовать отклик цепи НЧП в виде (5).

В кодере СЕКАМ производится амплитудное ограничение выходного сигнала цепи НЧП на уровне Е₁ (см. фиг. 1). Таким образом, для восстановления (коррекции нелинейных предыскажений) отсеченного выброса необходимо к ограниченному сигналу u_НЛП(t) добавить импульс коррекции Δu(t).

u_НЧП(t)=u_НЛП(t)+Δu(t). (6)
На отрезке [0, Δt₁] значение U_НЛП(t) = E₁, где Е₁ - порог ограничения, поэтому для t∈(0, Δt₁), с учетом формулы (5) получим импульс коррекции в виде

т. е. импульс коррекции Δu(t) зависит не только от величины скачка (перепада) U_m в цветоразностном сигнале, но и от разности значений цветоразностного сигнала перед скачком и уровня ограничения. В способе-прототипе не учитывается значение цветоразностного сигнала, предшествующее скачку.

В момент времени t=Δt₁ значение u_НЧП(Δt₁) = u_НЛП(Δt₁) = Е₁ (см. фиг.1), поэтому из формул (5) и (6) следует
u_НЧП(Δt₁) = E₁ = U_p+U_m+2U_mexp(-Δt₁/τ_НП),
откуда находится значение величины скачка (перепада)

Импульс коррекции Δu(t) определяется из формул (7) и (8)

и равен нулю вне указанного интервала. Таким образом, точное формирование импульса коррекции возможно при учете не только интервала Δt₁ ограничения выброса цветоразностного сигнала с линейными предыскажениями, что сделано в способе-прототипе, но и обязательном использовании еще двух параметров - уровня Е₁ ограничения и значения U_p цветоразностного сигнала, предшествующего скачку (перепаду).

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, реализующему заявленный способ, является устройство (а.с. 1533019 СССР, МКИ⁴ Н 04 N 9/64, 1989, БИ, 48) для коррекции демодулированного цветоразностного сигнала. Это устройство включается в каждом из цветоразностных каналов декодера и состоящее из последовательно включенных первого блока задержки (имеется в заявляемом объекте), сумматора (имеется в заявляемом объекте) и фильтра низкочастотных предыскажений (имеется в заявляемом объекте), выход которого является выходом устройства коррекции, а вход первого блока задержки - его входом, два блока управления (имеется в заявляемом объекте под названием блок формирования корректирующих сигналов), четыре компаратора (имеются в заявляемом объекте), причем первые входы первого и второго компараторов соединены со входом устройства (имеется в заявляемом объекте), а выходы подключены к первым входам блока управления (имеется в заявляемом объекте), первые входы третьего и четвертого компараторов подключены к выходу первого блока задержки (имеется в заявляемом объекте), а их выходы соединены со вторыми входами блоков управления (имеется в заявляемом объекте), выходы последних подключены ко второму и третьему входам сумматора (имеется в заявляемом объекте), вторые входы первого и третьего компараторов являются входами первого заданного напряжения (имеется в заявляемом объекте), а вторые входы второго и четвертого компараторов являются входами второго заданного напряжения (имеется в заявляемом объекте). Каждый блок управления содержит четыре ключа (имеются в заявляемом объекте), четыре элемента И, счетный триггер, два резистора (имеются в заявляемом объекте). Блок накопления содержит два накопительных конденсатора (имеются в заявляемом объекте).

Недостатком этого устройства является низкая точность формирования корректирующих сигналов, замещающих отсеченные выбросы цветоразностных сигналов, обусловленная выбором экспоненциальной формы корректирующих сигналов с амплитудой, зависящей лишь от интервала времени Δt₁ ограничения выбросов, и реализуемая в устройстве-прототипе путем разряда накопительного конденсатора через подключенный параллельно ему резистор. Покажем это на временной диаграмме сигнала с низкочастотными предыскажениями, рассчитанной по формуле (5) для фиксированного значения U_m перепада, но различных значений величины U_p, предшествующей перепаду (см. фиг.2, сигналы 1-3).

Отсекаемый амплитудным ограничителем выброс сигнала с НЧП заштрихован, пунктиром показан корректирующий сигнал, формируемый в устройстве-прототипе. Даже при условии точного соответствия амплитуды корректирующего сигнала амплитуде отсеченного выброса форма корректирующего сигнала не соответствует требуемой, так как в прототипе конденсатор разряжается через резистор, подключенный к общему проводу (т.е. до нуля), а не до значения U_p+U_m, что очевидно из приведенных диаграмм. Отличие формы корректирующего сигнала от требуемой (см. формулу (7)) приводит после коррекции низкочастотных предыскажений к искажению плоской части (вершины) цветоразностного сигнала.

Таким образом, на сегодняшний день не была решена задача точной коррекции нелинейных предыскажений цветоразностных сигналов СЕКАМ на приемной стороне, что приводит в существующих декодерах СЕКАМ к существенному (в 7...11 раз) увеличению длительности фронтов (срезов) декодированных цветоразностных сигналов, проявляющемуся в "размытии" вертикальных цветовых границ на насыщенных цветах, т.е. соответствующему снижению цветовой четкости.

Технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого изобретения, состоит в существенном (в 7...11 раз) повышении цветовой четкости изображения, принимаемого по системе СЕКАМ, на переходах насыщенных цветов путем точной коррекции нелинейных предыскажений в декодере СЕКАМ, т. е. увеличении точности восстановления выбросов цветоразностных сигналов, отсеченных на передающей стороне (в кодере СЕКАМ).

Технический результат достигается тем, что способ коррекции демодулированного сигнала в декодере СЕКАМ, включающий определение интервала времени Δt₁, соответствующего длительности ограниченного по амплитуде выброса в цветоразностном сигнале, путем сравнения значения последнего с величиной заданного напряжения, задержку цветоразностного сигнала на время τ₁, превышающее возможное максимальное значение Δt₁, формирование амплитуды импульса коррекции путем накопления в течение времени Δt₁ вспомогательного напряжения, запоминание полученного значения амплитуды на время Δt₂ = τ₁-Δt₁, формирование импульса коррекции в течение времени Δt₃, равного Δt₁, суммирование задержанного цветоразностного сигнала со сформированным корректирующим сигналом, коррекцию низкочастотных предыскажений в полученном сигнале, дополняют тем, что дополнительно задерживают цветоразностный сигнал на время τ₂, превышающее минимальную длительность его фронта, инвертируют, складывают с величиной заданного напряжения, запоминают полученное значение на время, большее Δt₃, и умножают импульс коррекции на полученное значение, получая корректирующий сигнал.

В заявляемом устройстве, реализующем заявляемый способ, технический результат (повышение цветовой четкости изображения) достигается тем, что в устройство для коррекции демодулированного цветоразностного сигнала СЕКАМ, состоящее из последовательно включенных первого блока задержки, сумматора и фильтра низкочастотных предыскажений, выход которого является выходом устройства коррекции, а вход первого блока задержки - его входом, два блока формирования корректирующих сигналов, четыре компаратора, причем первые входы первого и второго компараторов соединены со входом устройства, а выходы подключены к первым входам блоков формирования корректирующих сигналов, первые входы третьего и четвертого компараторов подключены к выходу первого блока задержки, а их выходы соединены со вторыми входами блоков формирования корректирующих сигналов, выходы последних подключены ко второму и третьему входам сумматора, вторые входы первого и третьего компараторов являются входами первого заданного напряжения, а вторые входы второго и четвертого компараторов являются входами второго заданного напряжения, дополнительно введены второй блок задержки, инвертор, второй и третий сумматоры, первый вход первого сумматора соединен со входом второго блока задержки, выход последнего через инвертор подключен к первым входам второго и третьего сумматоров, вторые входы которых являются входами первого и второго заданных напряжений соответственно, а выходы сумматоров подключены к третьим входам блоков формирования корректирующих сигналов; причем каждый блок формирования корректирующих сигналов содержит четыре ключа, два накопительных конденсатора, два резистора, два блока выборки-хранения, буферный усилитель, четвертый сумматор, умножитель, третий блок задержки и блок дифференцирования, при этом вход первого ключа является входом третьего заданного напряжения, выход первого ключа через первый резистор подключен к первому накопительному конденсатору и входам буферного усилителя и второго ключа, управляющий вход первого ключа является первым входом блока формирования корректирующих сигналов, выход буферного усилителя через первый блок выборки-хранения подключен к первому входу сумматора, вход первого блока выборки-хранения соединен со входом третьего ключа, выход последнего соединен с первым выводом второго накопительного конденсатора, первым входом умножителя и первым выводом второго резистора, второй вход последнего является входом заданного напряжения, третий вход блока формирования корректирующих сигналов через второй блок выборки-хранения соединен со вторым входом умножителя, выход которого через четвертый ключ подключен к выходу блока формирования корректирующих сигналов, второй вход последнего соединен с управляющим входом четвертого ключа и входом блока дифференцирования, выход которого подключен к управляющим входам первого, второго блоков выборки-хранения и третьего ключа и через третий блок задержки - к управляющему входу второго ключа, выход последнего и вторые выводы обоих накопительных конденсаторов соединены с общим проводом; блок дифференцирования содержит сумматор, инвертор и четвертый блок задержки, при этом вход блока дифференцирования соединен с первым входом сумматора и через последовательно соединенные блок задержки и инвертор - со вторым входом сумматора, выход последнего является выходом блока.

Анализ заявляемого способа с прототипом позволяет выявить следующие новые признаки: дополнительно задерживают цветоразностный сигнал на время, превышающее минимальную длительность его фронта, инвертируют, складывают с величиной заданного напряжения, запоминают полученное значение на время, большее времени ограничения, и умножают импульс коррекции на полученное значение, получая корректирующий сигнал.

Наличие новых признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизны", изобретательского уровня и промышленной применимости.

Возможность достижения технического результата обусловлена следующими теоретическими положениями. В соответствии с заявляемым способом для коррекции нелинейных предыскажений цветоразностных сигналов СЕКАМ предлагается новая последовательность операций для формирования корректирующего сигнала, позволяющая получить его точную функциональную зависимость (см. формулу (9)). Значение (Е₁-U_p) может быть получено с помощью операций задержки входного цветоразностного сигнала на время τ₂, большее минимального значения его фронта (среза), инверсии задержанного сигнала и сложения с напряжением, равным уровню ограничения цветоразностного сигнала. Далее полученное значение запоминают на время, большее интервала Δt₃ ограничения выбросов входного сигнала, и умножают на него импульс коррекции, формируя корректирующий сигнал.

Ввиду последовательной во времени передачи цветоразностных сигналов D_R и D_B СЕКАМ заявляемое устройство целесообразно применять в одноканальном варианте после частотного детектора сигнала цветности СЕКАМ, используя два блока формирования корректирующих сигналов: один для коррекции положительных выбросов, другой - для отрицательных, в каждом из которых используется свое (заданное) напряжение ограничения (Е₁ и Е₂), соответствующее предельным мгновенным частотам сигнала цветности СЕКАМ: 3900±25 и 4756±18 кГц, с учетом крутизны статической характеристики детектирования частотного детектора, применяемого в канале цветности СЕКАМ.

Формула (9), описывающая точное значение импульса коррекции, может быть несколько упрощена с приемлемой для практических приложений погрешностью (несколько процентов). Разлагая функцию [1+2exp(-Δt₁/τ_НП)]^-1 в ряд Тейлора на интервале (0, Δt_1max) и удерживая первые два члена, получим

где значения k₁, k₂ ∈ (0,2; 0,4). Конкретные значения k₁ и k₂ определяются величиной выбранного интервала (0, Δt_1max) и заданной погрешностью приближения. С учетом аппроксимации (10) выражение для корректирующего сигнала приобретает вид

и включает в себя определение интервала Δt₁ времени ограничения выброса, задержку сигнала на время τ₁ (большее Δt_1max) и τ₂ (большее минимальной длительности фронта (среза) цветоразностного сигнала на входе устройства коррекции), формирование амплитуды импульса коррекции

формирование импульса коррекции exp(-t/τ_НП) с соответствующей амплитудой, сложение последнего с величинами

и умножение полученной суммы на разность (E₁-U_p) напряжения ограничения и значения цветоразностного сигнала, предшествующего выбросу. Последнее получается с помощью операции задержки на время τ₂.
Для проверки справедливости полученного соотношения (11) для корректирующего сигнала в схемотехнической среде Micro-Cap V было выполнено моделирование соотношения (11) и формирование с помощью модели корректирующих сигналов Δu(t) для сформированных в той же среде цветоразностных сигналов D_R/D_B номенклатуры 100/0/100/0 вертикальных цветных полос с убывающей яркостью ВЦП1 (последовательность цветов - белый, желтый, голубой, зеленый, пурпурный, красный, синий, черный) и последовательности полос, соответствующей максимальным скачкам частоты ВЦП3 (последовательность цветов - белый, синий, желтый, голубой, красный, зеленый, пурпурный, черный).

Результаты моделирования представлены на фиг.3-10. Фиг.3-6 соответствуют тестовому сигналу ВЦП1; фиг.7-10 - тестовому сигналу ВЦП3. Сигналы для строки D_R показаны на фиг.5-8; для строки D_B - на фиг.3, 4, 9, 10. Цветоразностные сигналы с нелинейными предыскажениями приведены на фиг.4, 6, 8, 10 жирной линией, цветоразностные сигналы с коррекцией нелинейных предыскажений в соответствии с заявляемым способом и устройством даны на тех же чертежах тонкими линиями. Отклик цепи коррекции низкочастотных предыскажений показан на фиг. 4, 6, 8, 10, при этом жирные линии соответствуют входным цветоразностным сигналам с "отсеченными" выбросами, тонкие линии - этим же сигналам с восстановленными выбросами.

Анализ длительности фронтов (срезов) сигналов после коррекции низкочастотных предыскажений показывает, что длительности переходов в стандартном декодере СЕКАМ (без восстановления ограниченных выбросов цветоразностных сигналов) лежат в пределах от 298...370 нс для слабонасыщенных цветовых переходов до 2250 нс для переходов с максимальной насыщенностью. Для цветоразностных сигналов с восстановленными выбросами путем добавления корректирующих сигналов, сформированных в соответствии с заявляемым способом и устройством, длительности любых переходов лежат в пределах 272...314 нс, т.е. уменьшились в 7,2...8,3 раз. Во столько же раз возрастает цветовая четкость на переходах насыщенных цветов. Сравнение было произведено со стандартным трактом демодулятора СЕКАМ, так как в описании способа и устройства-прототипа отсутствуют количественные оценки улучшения цветовой четкости.

Полученные данные свидетельствуют о приемлемой для практического использования цветовой четкости демодулированных цветоразностных сигналов СЕКАМ, обеспечиваемой при реализации предлагаемого способа коррекции нелинейных предыскажений, особенно учитывая, что это повышение четкости достигается на приемной стороне путем незначительного усложнения декодера, без изменения действующего стандарта и всей аппаратуры формирования и распределения телевизионных сигналов.

Сущность заявляемого устройства, реализующего заявляемый способ, поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми к нему чертежами. На фиг.1, 2 изображены временные диаграммы сигналов с линейными и нелинейными предыскажениями. На фиг.3-10 показаны временные диаграммы, полученные в результате моделирования заявляемого способа и устройства. На фиг.11 представлена функциональная электрическая схема устройства; на фиг.12 - схема блока дифференцирования; на фиг. 13 (а...и) - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство коррекции нелинейных предыскажений цветоразностных сигналов СЕКАМ (см. фиг.11) содержит последовательно включенные первый блок задержки 1, сумматор 2 и фильтр низкочастотных предыскажений 3, выход которого является выходом устройства коррекции, а вход первого блока задержки - его входом, блок формирования положительных корректирующих сигналов 4, блок формирования отрицательных корректирующих сигналов 5, четыре компаратора 6, 7, 8, 9, причем первые входы первого 6 и второго 8 компараторов соединены со входом устройства, а выходы подключены к первым входам блоков формирования корректирующих сигналов 4 и 5, первые входы третьего 7 и четвертого 9 компараторов подключены к выходу первого блока задержки 1, а их выходы соединены со вторыми входами блоков формирования корректирующих сигналов 4 и 5, выходы последних подключены ко второму и третьему входам сумматора 2, вторые входы первого 6 и третьего 7 компараторов являются входами первого заданного напряжения, а вторые входы второго 8 и четвертого 9 компараторов являются входами второго заданного напряжения, первый вход первого сумматора 2 соединен со входом второго блока задержки 10, выход последнего через инвертор 11 подключен к первым входам второго 12 и третьего 13 сумматоров, вторые входы которых являются входами первого и второго заданных напряжений соответственно, а выходы сумматоров 12 и 13 подключены к третьим входам блоков формирования корректирующих сигналов 4 и 5.

Каждый блок формирования корректирующих сигналов 4 и 5 содержит четыре ключа 14, 15, 16, 17, два накопительных конденсатора 18 и 19, два резистора 20 и 21, два блока выборки-хранения 22 и 23, буферный усилитель 24, сумматор 25, умножитель 26, третий блок задержки 27 и блок дифференцирования 28, при этом вход первого ключа 14 является входом эталонного напряжения, выход первого ключа 14 через первый резистор 20 подключен к первому накопительному конденсатору 18 и входам буферного усилителя 24 и второго ключа 15, управляющий вход первого ключа 14 является первым входом блока формирования положительных корректирующих сигналов 4, выход буферного усилителя 24 через первый блок выборки-хранения 22 подключен к первому входу сумматора 25, вход первого блока выборки-хранения 22 соединен со входом третьего ключа 16, выход последнего соединен с первым выводом второго накопительного конденсатора 19, первым входом умножителя 26 и первым выводом второго резистора 21, второй вывод которого подключен к выходу сумматора 25, второй вход последнего является входом четвертого заданного напряжения, третий вход блока формирования положительных корректирующих сигналов 4 через второй блок выборки-хранения 23 соединен со вторым входом умножителя 26, выход которого через четвертый ключ 17 подключен к выходу блока формирования положительных корректирующих сигналов 4, второй вход последнего соединен с управляющим входом четвертого ключа 17 и входом блока дифференцирования 28, выход которого подключен к управляющим входам первого 22, второго 23 блоков выборки-хранения и третьего ключа 16 и через третий блок задержки 27 - к управляющему входу второго ключа 15, выход последнего и вторые выводы обоих накопительных конденсаторов соединены с общим проводом.

Блок дифференцирования 28 (см. фиг.12) содержит четвертый блок задержки 29, инвертор 30 и сумматор 31, при этом вход блока дифференцирования 28 соединен с первым входом сумматора 31 и через последовательно соединенные блок задержки 29 и инвертор 30 - со вторым входом сумматора 31, выход последнего является выходом блока.

Устройство коррекции нелинейных предыскажений цветоразностных сигналов СЕКАМ работает следующим образом.

На фиг. 13, а представлен цветоразностный видеосигнал на входе устройства, поступающий на первые входы компараторов 6 и 8. На вторые входы этих компараторов поступают соответственно заданные напряжения Е₁ и Е₂. Напряжение Е₁ несколько меньше (на 1...3%) положительного уровня (порога) ограничения цветоразностного сигнала, а напряжение ₂ - несколько больше отрицательного уровня (порога) ограничения цветоразностного сигнала. Далее рассмотрим работу устройства по формированию корректирующих сигналов, замещающих отсеченные положительные выбросы цветоразностного сигнала. В этой работе задействованы блоки 1-3, 6, 7, 10-12, блок формирования положительных корректирующих сигналов 4, блоки 14-28. Корректирующие сигналы, замещающие ограниченные отрицательные выбросы цветоразностного сигнала, формируются аналогично с помощью блоков 1-3, 5, 8-11, 13.

Каждый ограниченный выброс цветоразностного сигнала вызывает срабатывание компаратора 6, на выходе которого выделяются импульсы (фиг.13, б) с длительностью Δt₁, равной времени ограничения, вызывающие замыкание ключа 14. Конденсатор 18 начинает заряжаться от источника третьего заданного (эталонного) напряжения через резистор 20 (фиг.13, з начальный участок). Постоянная времени цепи заряда С₁₈R₂₀ должна быть во много (10 и более) раз больше максимального времени ограничения Δt₁ (фиг.13, б). Чем шире ограниченный выброс в сигнале, тем дольше происходит заряд и тем больше потенциал U_и (фиг. 13, з) будет на конденсаторе к концу импульса (фиг.13, б). Входной цветоразностный сигнал через первый блок задержки 1 поступает на первые входы компараторов 7 и 9. На вторые входы этих компараторов поступают первое Е₁ и второе Е₂ заданные (эталонные) напряжения, такие же, как и на входы компараторов 6 и 8. На выходе компаратора 7 выделяются такие же импульсы (фиг. 13, г), как на выходе компаратора 6, но сдвинутые на время τ₁ задержки. Эти импульсы управляют ключом 17 и через блок дифференцирования 28 управляют блоками выборки-хранения 22, 23, ключом 16 и через третий блок задержки 27 - ключом 15.

В момент действия импульса с выхода блока дифференцирования 28 (фиг.13, д) первый блок выборки-хранения 22 запоминает напряжение на выходе буферного усилителя 24, пропорциональное накопленному на конденсаторе 18; конденсатор 19 через замкнутый ключ 16 заряжается (фиг.13, ж) до этого же напряжения, второй блок выборки-хранения 23 запоминает напряжение (Е₁-U_p), сформированное с помощью второго блока задержки 10 на время τ₂, большее минимальной длительности фронта входного цветоразностного сигнала (фиг.13, в, тонкая линия), инвертора 11 и сумматора 12, на второй вход которого поступает первое заданное напряжение E₁. Таким образом, к моменту окончания импульса (фиг.13, д) с выхода блока дифференцирования 28 конденсатор 19 заряжен до напряжения, пропорционального времени Δt₁ ограничения выброса, и на выход блока формирования положительных корректирующих сигналов 4 начинает поступать через замкнутый ключ 17 корректирующий сигнал с умножителя 26, амплитуда А_КС которого пропорциональна как времени Δt₁, так и значению (Е₁-U_p)
А_КС = (E₁-U_p)constΔt₁,
что соответствует значению Δu(0), полученному из формулы (11)

Далее на интервале Δt₃ (фиг.13, ж), равном по величине интервалу Δt₁, конденсатор 19 начинает разряжаться по цепи резистор 21 - выход четвертого сумматора 25, формируя корректирующий сигнал, значение которого при t_→∞ стремится не к нулю, как в устройстве-прототипе, а к значению (U_p+U_m-E₁), что соответствует значению Δu(∞), полученному из формулы (11) с учетом формул (8) и (10)

так как по формуле (8)

Таким образом, конденсатор 19 разряжается до значения, определяемого выражением в квадратных скобках записи (13), т.е.

Напряжение u_K формируется на выходе четвертого сумматора 25 (весового), на первый вход которого поступает напряжение с выхода блока выборки-хранения 22, равное constΔt₁, а на второй - постоянное напряжение Е_u=(-1+k₁). Весовой сумматор 25 складывает эти напряжения с весом 1/3 по первому входу и с весом +1 - по второму (см. формула (14)).

Импульс с выхода блока дифференцирования 28 задерживается в третьем блоке задержки 27 на время, равное или большее его длительности (фиг.13, е), и замыкает ключ 15, вызывая быстрый разряд конденсатора 18 (фиг.13, з), тем самым устройство готово к формированию следующего корректирующего сигнала. Корректирующий сигнал Δu(t) (фиг. 13, ж) складывается в сумматоре 2 с задержанным на время τ₁ входным цветоразностным сигналом, тем самым корректируя нелинейные предыскажения (фиг.13, и, u_НЧП(t)), далее в полученном сигнале фильтром 3 корректируются низкочастотные (линейные) предыскажения и получается выходной цветоразностный сигнал (фиг.13, и, u_вых(t)) с уменьшенной длительностью фронта. Тем самым повышается цветовая четкость на переходах насыщенных цветов по сравнению со стандартным декодером СЕКАМ без коррекции нелинейных предыскажений.

Входящие в устройство коррекции нелинейных предыскажений узлы и блоки целесообразно реализовать в виде специализированной интегральной микросхемы корректора цветоразностных сигналов СЕКАМ, подобно ИМС корректора цветовых переходов К174ХА27, используемой для уменьшения длительности переходов цветоразностных сигналов ПАЛ и НТСЦ. Однако для сигнала СЕКАМ этот корректор "не обеспечивает повышения цветовой четкости при передаче сюжетов с большой насыщенностью цвета" (см. Хохлов Б.Н. Декодирующие устройства цветных телевизоров. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Радио и связь. 1992, с.254). Однако при необходимости узлы корректора могут быть реализованы на дискретных элементах и интегральных микросхемах при их типовом включении. Параметры и схемы включения перечисляемых далее микросхем приведены в книге: Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник / С. В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В. И. Кулешова и др.: Под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1989, 496 с.: илл.).

Компараторы 6-9 могут быть реализованы на ИМС К521СА4, К521СА5, КМ597СА2 (с. 362-363), сумматоры 2, 12, 13, 25, 31, инверторы 11, 30, буферный усилитель 24 - на операционных усилителях КР140УД11, 154УД2, 154УД3, КР574УД1 (с. 349), умножитель 26 - на ИМС К525ПС1 (с.369), блоки задержки 1, 10, 27, 29 на электромагнитных ЛЗ типа 0,47ЛЗЯМ-900 или на гираторных ячейках, подобно использованным в ИМС К174ХА27, ключи 14-17 могут быть реализованы на аналоговых ключах КМОП К561КТ3 (см. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы: Справочник. М. : Радио и связь, 1988, с.147), блоки выборки-хранения 22, 23 на ОУ и КМОП ключах, упомянутых выше.

Использование новых функциональных узлов и соответствующих связей обеспечивает определение интервала Δt₁ времени ограничения выбросов цветоразностных сигналов, задержку цветоразностного сигнала на время τ₁, превышающее максимально возможное значение Δt₁, формирование амплитуды импульса коррекции, запоминания полученного значения амплитуды на время τ₁-Δt₁, формирование импульса коррекции в течение времени Δt₃ = Δt₁, суммирование задержанного цветоразностного сигнала со сформированным корректирующим сигналом, дополнительную задержку цветоразностного сигнала на время τ₂, превышающее минимальную длительность его фронта, инверсию, сложение с величиной заданного напряжения, запоминание полученного значения на время, большее Δt₃, и умножение импульса коррекции на полученное значение, коррекцию низкочастотных предыскажений в суммарном сигнале (задержанном цветоразностном и корректирующем сигналах).

Таким образом, новые узлы и соответствующие функциональные связи позволяют технически реализовать предусмотренные заявляемым способом операции и в результате сократить длительность фронта (среза) цветоразностных сигналов СЕКАМ, обеспечив тем самым решение технической задачи - повышения цветовой четкости на переходах насыщенных цветов.

Формула изобретения

1. Способ коррекции нелинейных предыскажений цветоразностных сигналов СЕКАМ, включающий определение интервала времени Δt₁, соответствующего длительности ограниченного по амплитуде выброса в цветоразностном сигнале, путем сравнения значения последнего с величиной заданного напряжения, задержку цветоразностного сигнала на время τ₁, превышающее возможное максимальное значение Δt₁, формирование амплитуды импульса коррекции путем накопления в течение времени Δt₁, вспомогательного напряжения, запоминание полученного значения амплитуды на время Δt₂ = τ₁-Δt₁, формирование импульса коррекции в течение времени Δt₃, равного Δt₁, суммирование задержанного цветоразностного сигнала со сформированным корректирующим сигналом, коррекцию низкочастотных предыскажений в полученном сигнале, отличающийся тем, что дополнительно задерживают цветоразностный сигнал на время τ₂, превышающее минимальную длительность его фронта, инвертируют, складывают с величиной заданного напряжения, запоминают полученное значение на время, большее Δt₁, и умножают импульс коррекции на полученное значение, получая корректирующий сигнал.

2. Устройство для коррекции нелинейных предыскажений цветоразностных сигналов СЕКАМ, содержащее последовательно включенные первый блок задержки, первый сумматор и фильтр низкочастотных предыскажений, выход которого является выходом устройства коррекции, а вход первого блока задержки - его входом, блок формирования положительных корректирующих сигналов и блок формирования отрицательных корректирующих сигналов, четыре компаратора, причем первые входы первого и второго компараторов соединены со входом устройства, а выходы первого и второго компараторов подключены соответственно к первым входам блоков формирования положительных и отрицательных корректирующих сигналов, первые входы третьего и четвертого компараторов подключены к выходу первого блока задержки, а выходы третьего и четвертого компараторов соединены соответственно со вторыми входами блоков формирования положительных и отрицательных корректирующих сигналов, выходы блоков формирования положительных и отрицательных корректирующих сигналов подключены соответственно ко второму и третьему входам первого сумматора, вторые входы первого и третьего компараторов являются входами первого заданного напряжения, а вторые входы второго и четвертого компараторов являются входами второго заданного напряжения, отличающееся тем, что введены второй блок задержки, инвертор, второй и третий сумматоры, первый вход первого сумматора соединен со входом второго блока задержки, выход последнего через инвертор подключен к первым входам второго и третьего сумматоров, вторые входы которых являются входами первого и второго заданных напряжений соответственно, а выходы второго и третьего сумматоров подключены соответственно к третьим входам блоков формирования положительных и отрицательных корректирующих сигналов.

3. Устройство коррекции нелинейных предыскажений цветоразностных сигналов СЕКАМ по п.2, отличающееся тем, что в нем каждый блок формирования корректирующих сигналов содержит четыре ключа, два накопительных конденсатора, два резистора, два блока выборки-хранения, буферный усилитель, сумматор, умножитель, третий блок задержки и блок дифференцирования, при этом вход первого ключа является входом эталонного напряжения, выход первого ключа через первый резистор подключен к первому накопительному конденсатору и входам буферного усилителя и второго ключа, управляющий вход первого ключа является первым входом блока формирования корректирующих сигналов, выход буферного усилителя через первый блок выборки-хранения подключен к первому входу четвертого сумматора, вход первого блока выборки-хранения соединен со входом третьего ключа, выход последнего соединен с первым выводом второго накопительного конденсатора, первым входом умножителя и первым выводом второго резистора, второй вывод которого подключен к выходу сумматора, второй вход последнего является входом четвертого заданного напряжения, третий вход блока формирования корректирующих сигналов через второй блок выборки-хранения соединен со вторым входом умножителя, выход которого через четвертый ключ подключен к выходу блока формирования корректирующих сигналов, второй вход последнего соединен с управляющим входом четвертого ключа и входом блока дифференцирования, выход которого подключен к управляющим входам первого, второго блоков выборки-хранения и третьего ключа и через третий блок задержки - к управляющему входу второго ключа, выход последнего и вторые выводы обоих накопительных конденсаторов соединены с общим проводом.

4. Устройство коррекции нелинейных предыскажений цветоразностных сигналов СЕКАМ по п.3, отличающееся тем, что блок дифференцирования содержит сумматор, инвертор и четвертый блок задержки, при этом вход блока дифференцирования соединен с первым входом сумматора и через последовательно соединенные блок задержки и инвертор - со вторым входом сумматора, выход последнего является выходом блока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 20.11.2005        БИ: 32/2005