Устройство для управления синхронизацией телевизионного изображения

Изобретение относится к системам цифровой обработки изображений, функционирующих в реальном масштабе времени. Технический результат заключается в обеспечении автоматической настройки заданного при проектировании устройства положения границ изображения, выводимого на экран видеоконтрольного устройства, с учетом фактической задержки данных в канале цифровой обработки изображения. Технический результат достигается тем, что устройство обеспечивает компенсацию смещения, как в пределах кадра, так и в пределах строки, а процесс настройки схемы автоматической компенсации смещения изображения выполняется в течение одного поля на этапе буферизации данных входного изображения от одного или нескольких источников. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области промышленного телевидения и может быть использовано в системах цифровой обработки тепловизионных или многоспектральных изображений с выводом результирующего изображения на видеоконтрольное устройство (ВКУ) в телевизионном формате.

2. Уровень техники

Известно устройство согласования синхронизирующих сигналов (патент ЕПВ №930778 H04N 5/12 от 8.01.1999), содержащее блок измерения временных характеристик сигналов синхронизации, управляемую линию задержки, счетчик, узел управления и блок хранения информации. Ко входам блока измерения подключены сигнал горизонтальной синхронизации и сигнал вертикальной синхронизации, поступающий с выхода линии задержки. Выходной сигнал блока измерения подключен ко входу блока хранения информации, на управляющий вход которого поступает сигнал с выхода узла управления. Выход блока хранения подключен ко входу счетчика, выходы которого соединены с управляющими входами линии задержки. На информационный вход линии задержки подается внешний сигнал вертикальной синхронизации. С выхода линии задержки сигнал вертикальной синхронизации поступает на входы блока измерения и узла управления.

Результаты измерения временных характеристик сигналов синхронизации сохраняются в блоке хранения информации. С выхода блока хранения результаты измерений поступают на счетчик, который вычисляет время задержки. Вычисленное время задержки передается на управляющие входы линии задержки, которая осуществляет требуемую задержку внешнего сигнала вертикальной синхронизации, исключая, тем самым, неоднозначность подсчета числа строк и компенсацию шумового воздействия строчных синхроимпульсов на сигналы вертикальной синхронизации.

Недостатком данного устройства является компенсация лишь небольших флюктуаций фазы сигналов синхронизации, что не позволяет парировать значительные изменения данного параметра, возникающие при использовании устройства в составе системы цифровой обработки изображений.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является схема вертикальной синхронизации и контроллер сигналов синхронизации (патент Японии №3439020 H04N 5/06 от 2.04.1996). Данная схема содержит дискриминатор, селектор, счетчик, первый и второй дешифраторы. Внешний сигнал вертикальной синхронизации подключен ко входу дискриминатора, выход которого подключен к входам селектора. На вход селектора подается сигнал вертикальной синхронизации, привязанный к тактовой частоте. Сигнал с выхода селектора подается на управляющий вход счетчика, выходы которого подключены ко входам первого и второго дешифраторов. Выходы первого дешифратора подключены ко входам дискриминатора. На выходе второго дешифратора формируется внутренний сигнал вертикальной синхронизации, который поступает на вход селектора.

Дискриминатор получает от первого дешифратора сигналы сравнения фаз, на основе которых определяет, насколько стабильно состояние сигнала вертикальной синхронизации. На основании результатов анализа стабильности он выдает управляющие сигналы, поступающие на вход селектора. Помимо управляющих сигналов селектор также получает на соответствующие входы внешний и внутренний сигналы вертикальной синхронизации. В зависимости от сигналов решения, вырабатываемых дискриминатором, один из упомянутых сигналов синхронизации передается на выход селектора. По данному сигналу вертикальной синхронизации селектор формирует сигнал сброса счетчика, осуществляющего подсчет тактовых синхроимпульсов, формируемых по сигналам строчной развертки.

Известное устройство позволяет повысить качество выходного изображения путем исключения подергивания, вызываемого помехами, связанными с ослаблением сигнала синхронизации, однако наличие задержки в пределах периода захвата этого сигнала неизбежно приведет к соответствующему смещению выходного изображения.

3. Раскрытие изобретения

В системах цифровой обработки изображений, функционирующих в реальном масштабе времени, имеет место задержка трансляции данных, обусловленная необходимостью предварительного накопления информации с целью ее анализа и обработки. Объем данных, необходимый для этой цели, и соответственно задержка в канале цифровой обработки могут изменяться в широких пределах от одного элемента разложения изображения до нескольких кадров. Для решения типовых задач цифровой обработки (фильтрация шумов, выделение границ и т.д.) обычно используется цифровая свертка изображения двумерными операторами различной апертуры, например размером 3×3 элемента разложения. С этой целью используется накопление значений яркости элементов разложения, что неизбежно вызывает сдвиг результирующего изображения ("картинки") в направлении правого нижнего угла, при этом нижняя и правая границы изображения могут оказаться за пределами видимости на экране ВКУ. При накоплении больших фрагментов будет иметь место потеря части изображения, что в ряде случаев недопустимо, например при наблюдении малоразмерных объектов. При обработке изображений, получаемых от нескольких приемников, работающих в разных спектральных диапазонах, например при слиянии изображений, задержка трансляции сигналов в соответствующих каналах может оказаться различной из-за использования разного набора звеньев обработки, что приводит к ошибкам совмещения и потере четкости выходного изображения.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении автоматической настройки заданного положения границ изображения, выводимого на экран ВКУ, учитывающей задействованное количество звеньев в тракте цифровой обработки, а также в исключении ошибок совмещения при одновременной обработке изображений, поступающих от нескольких приемников.

Достижение технического результата обеспечивается за счет того, что в устройство, содержащее первый счетчик, выходы разрядов которого подключены к информационным входам первого и второго дешифраторов, формирователь импульса сброса, вход которого соединен с шиной внутреннего сигнала кадровой синхронизации, а выход подключен к входу сброса упомянутого счетчика, первый селектор и дискриминатор, выходные сигналы которого соединены с входами управления первого селектора, введены второй селектор, второй счетчик, схема И-ИЛИ и сдвиговый регистр, при этом первый выход первого дешифратора подключен к входу формирователя импульса сброса, второй выход первого дешифратора подключен к первому входу схемы И-ИЛИ и входу разрешения счета второго счетчика, выходы второго дешифратора подключены к информационным входам второго селектора, вход стробирования которого подключен к входу сигнала номера поля, при этом входы управления второго селектора соединены с выходами разрядов второго счетчика, а выход подключен к четвертому входу схемы И-ИЛИ, второй и третий входы которой подключены к входу опорного сигнала гасящих импульсов строк, а выход подключен к информационному входу сдвигового регистра, вход синхронизации которого соединен с входом опорного сигнала тактовой частоты, а выходы разрядов сдвигового регистра соединены с соответствующими информационными входами первого селектора и дискриминатора, вход сброса которого подключен к входу сигнала общего сброса устройства, при этом выход первого селектора подключен к выходу сигнала гасящих импульсов строк устройства, а вход стробирования подключен к входу сигнала гасящих импульсов строк устройства, соединенному с входами синхронизации дискриминатора и второго счетчика, вход сброса которого подключен к выходу формирователя импульса сброса.

4. Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами где:

Фиг.1 - структурная схема устройства для управления синхронизацией телевизионного изображения, содержащая следующие элементы и узлы:

1 - счетчик,

2 - дешифратор,

3 - дешифратор,

4 - формирователь импульсов сброса,

5 - счетчик,

6 - селектор,

7 - схема «И-ИЛИ»,

8 - регистр сдвига,

9 - дискриминатор,

10 - селектор.

Фиг.2 - временные диаграммы сигналов при наличии задержки в канале обработки соответствующей длительности 3-х строк. На диаграмме представлены:

ГИС_ВХ - входной сигнал гасящих импульсов строк,

ГИС_ВЫХ - выходной сигнал гасящих импульсов строк,

ГИП - гасящий импульс полей,

5Q - выходной сигнал счетчика 5.

Фиг.3 - временные диаграммы сигналов при отсутствии задержки в канале обработки.

На диаграмме представлены:

ГИС_ВХ - входной сигнал гасящих импульсов строк,

ГИС_ВЫХ - выходной сигнал гасящих импульсов строк,

ГИП - гасящий импульс полей,

5Q - выходной сигнал счетчика 5.

Фиг.4 - схема селектора.

Фиг.5 - схема дешифратора.

Фиг.6 - временная диаграмма процесса компенсации смещения изображения в строке.

На схеме представлены:

ГИС_ОП - опорный сигнал гасящих импульсов строк, поступающий на вход схемы «И-ИЛИ»,

Ft - опорный сигнал тактовой частоты,

ГИС_ВЫХ - выходной сигнал гасящих импульсов строк,

ГИС_К - сигнал, задающий нижнюю границу фазы для установившегося значения ГИС_ВХ,

ГИС_Н - сигнал, устанавливающий верхнюю границу фазы для установившегося значения ГИС_ВХ,

ГИС_ВХ - последовательность гасящих импульсов строк, задержанная на время обработки данных входного изображения,

К - сигнал, состояние которого определяется в зависимости от результата сравнения сигнала ГИС_ВХ с сигналом ГИС_К,

Н - сигнал, состояние которого определяется в зависимости от результата сравнения сигнала ГИС_ВХ с сигналом ГИС_Н.

5. Осуществление изобретения

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1.

Устройство содержит счетчик 1, выходы разрядов которого подключены к информационным входам дешифратора 2 и дешифратора 3. Первый выход дешифратора 2 подключен через шину внутреннего сигнала кадровой синхронизации VSYNC ко входу формирователя импульса сброса 4, выход которого подключен к входу сброса упомянутого счетчика 1 и, кроме того, к входу сброса счетчика 5, вход разрешения счета которого инвертирующий и соединен со вторым выходом дешифратора 2, а на вход синхронизации подан входной сигнал гасящих импульсов строк устройства. Выход дешифратора 3 подключен к информационным входам селектора 6, управляющие входы которого соединены с выходами счетчика 5, на вход стробирования которого подан сигнал номера поля НП, поступающий с входа устройства. Выход селектора 6 подключен к четвертому входу схемы И-ИЛИ 7, второй и третий входы которой соединены с опорным сигналом гасящих импульсов строк ГИС_ОП устройства, а первый вход подключен ко второму выходу дешифратора 2. Выход схемы И-ИЛИ подключен ко входу регистра сдвига 8, ко входу синхронизации которого подключен опорный сигнал тактовой частоты. Выходы регистра сдвига подключены ко входам дискриминатора 9 и селектора 10. Вход синхронизации дискриминатора 9 подключен к входу гасящих импульсов строк устройства, а на вход сброса подан сигнал общего сброса устройства CLR. Выходы дискриминатора 9 соединены с управляющими входами селектора 10, вход стробирования которого подключен к входу сигнала гасящих импульсов строк устройства, с выхода которого снимается выходной сигнал гасящих импульсов строк устройства.

Сигнал "ГИС_ОП", поступающий на вход опорного сигнала гасящих импульсов строк устройства, представляет собой последовательность гасящих импульсов строк, вырабатываемую внешним устройством в процессе формирования видеосигнала или выделяемую из него. Данный сигнал передается на выход селектора 10 в виде сигнала "ГИС_ВЫХ" и обеспечивает стробирование входных данных, поступающих от внешнего источника изображения. Непосредственно после запуска устройства в течение формирования первого поля телевизионной развертки "ГИС_ВЫХ" опережает момент завершения гасящего импульса полей "ГИП" на заданное число строк, равное максимальной величине задержки (также выраженной в виде числа строк), которая может иметь место в процессе цифровой обработки входного изображения (см. фиг.2). Кроме того, упомянутый сигнал предварительно задерживается регистром сдвига 8 на время, заведомо превышающее максимальную величину задержки данных в пределах одной строки изображения, которая также может иметь место в узлах системы цифровой обработки. Величина этой задержки одновременно определяет положение левой границы выходного изображения на экране ВКУ.

При приеме сигнала "ГИС_ВХ" описываемое устройство с помощью счетчика 5 производит подсчет количества импульсов этого сигнала поступивших до момента завершения гасящего импульса полей "ГИП" в первом (нечетном) поле кадра входного изображения. Сигнал "ГИС_ВХ" представляет собой выходной сигнал гасящих импульсов строк "ГИС_ВЫХ", прошедший совместно с обрабатываемыми данными через звенья цифровой обработки. Подсчитанное число импульсов зависит от величины задержки, создаваемой используемым набором звеньев во внешнем тракте цифровой обработки изображения. Подсчет импульсов "ГИС_ВХ" выполняется счетчиком 5 в режиме вычитания, при этом по сигналу "VCLR" начальное значение счетчика устанавливается равным максимально возможной величине задержки, выраженной в виде числа строк. Таким образом, если к моменту окончания действия гасящего импульса первого поля содержимое счетчика 5 становится равным нулю, то задержка в тракте цифровой обработки отсутствует (см. фиг 3). Если содержимое счетчика остается равным изначально установленному значению, то это свидетельствует либо о наличии максимальной задержки в канале цифровой обработки, либо о завершении компенсации. В остальных случаях содержимое счетчика 5 к моменту окончания действия гасящего импульса первого поля будет соответствовать текущей величине задержки для выбранной конфигурации аппаратуры цифровой обработки.

Полученное на выходах счетчика 5 значение задержки передается на входы управления селектора 6, где в момент завершения формирования первого (нечетного) поля запоминается в устройстве хранения 11.

На фиг.4. представлена схема селекторов 6 и 10, содержащая устройство хранения 11 и мультиплексор 12, управляющие входы которого соединены с выходами устройства хранения 11.

Устройство хранения 11, входящее в состав селектора 6, выполнено в виде регистра, который также как и счетчик 5 в момент запуска устройства загружается кодом, соответствующим максимальной задержке в канале цифровой обработки. Важно, что запись в регистр информации, поступающей с выходов счетчика 5, выполняется лишь при условии, что содержимое счетчика 5 не равно его начальному значению. Содержимое регистра представляет по существу код управления, который передается на входы выбора данных мультиплексора 12 и обеспечивает выбор соответствующей строки из группы строк, выделяемых дешифратором 3 с помощью счетчика 1.

На фиг.5. представлена схема выполнения дешифраторов 2 и 3. Каждый дешифратор содержит схемы выделения строк 13-1-13-n и регистры 14-1-14-n.

Начало формирования выбранной таким образом строки в дальнейшем будет служить сигналом разрешения для передачи опорного сигнала "ГИС_ОП" через схему И-ИЛИ 7, реализуя тем самым необходимое упреждение в процессе формировании сигнала "ГИС_ВЫХ" в начале кадра и, соответственно, неизменное положение верхней границы выходного изображения. Однозначность выделения необходимого номера строки в первом поле обеспечивается с помощью сигнала сброса VCLR счетчика 1, который формируется в начале каждого поля, сигнала номера поля "НП", поступающего на вход стробирования селектора 6, а также тактовых синхроимпульсов ТСИ, частота которых синхронизирована с частотой строк и равна ее удвоенному значению.

Следует отметить, что в течение формирования четного поля выходной сигнал селектора 6 устанавливается в состояние логического нуля, а непрерывность процесса формирования сигнала "ГИС_ВЫХ" обеспечивается с помощью сигналов "ГИС_ОП" и "ГИП", которые поступают на первый и второй входы схемы И-ИЛИ 7.

Процесс определения и установки момента начала выдачи сигнала "ГИС_ВЫХ" иллюстрируется на временной диаграмме, представленной на фиг.6

Кроме определения и фиксации момента начала выдачи сигнала "ГИС_ВЫХ" компенсация смещения изображения включает также коррекцию его смещения в пределах строки. Данная процедура реализуется с помощью регистра сдвига 8, дискриминатора 9 и селектора 10.

В момент запуска устройства все перечисленные узлы устанавливаются в исходное состояние, при этом селектор 10 работает таким образом, что передает в качестве сигнала «ГИС_ВЫХ» такой сигнал, поступающий с выхода регистра сдвига 8, задержка которого превышает максимально возможную задержку данных входного изображения, возникающую в пределах строки при трансляции их через узлы цифровой обработки (см. фиг.3).

При поступлении на вход синхронизации дискриминатора 9 сигнала "ГИС_ВХ" его фаза сравнивается с фазами сигналов "ГИС_Н" и "ГИС_К", которые определяют ее верхнюю и нижнюю границы. Сигналы "ГИС_Н" и "ГИС_К" формируются на выходах старших разрядов регистра 8 со взаимным сдвигом на два периода опорного сигнала тактовой частоты Ft. Результат сравнения фазы сигнала "ГИС_ВХ" с заданными границами отображается в виде формирования соответствующих сигналов на выходах "Н" и "К" дискриминатора 9.

В случае отсутствии внешних элементов задержки или после завершения процесса компенсации фаза сигнала "ГИС_ВХ" будет находиться в заданных границах (см. интервал Т=Tc на фиг 6.), при этом на выходе "Н" дискриминатора 9 установится низкий уровень сигнала, а на выходе "К" - высокий. При наличии задержки не менее одного периода сигнала тактовой частоты Ft дискриминатор 9 фиксирует запаздывание фазы сигнала "ГИС_ВХ" относительно верхней границы и реагирует на это установкой высокого уровня на выходе "Н" (см. интервал Т=Tc+nk на фиг.6). В момент поступления очередного сигнала "ГИС_ВХ" состояние сигнала на выходе "Н" останется неизменным, в то время как устройство хранения данных селектора 10 произведет переключение выхода селектора 10 на предыдущий разряд регистра сдвига 8, обеспечивая тем самым уменьшение начальной задержки сигнала "ГИС_ВЫХ" на один период тактовой частоты (см. интервал Т=Tc+(n-1)k на фиг.6). Далее описанная процедура будет повторяться до тех пор, пока дискриминатор будет фиксировать нарушение фазой сигнала "ГИС_ВХ" заданных границ (в данном случае верхней границы). В результате сигнал "ГИС_ВЫХ" будет формироваться с задержкой, которая обеспечит необходимое положение фазы сигнала "ГИС_ВХ" (см. интервал Т=Tc на фиг.6) и, следовательно, выходного изображения на экране ВКУ. В момент запуска устройства или в случае нарушения фазой сигнала "ГИС_ВХ" нижней границы на выходе "К" дискриминатора 9 будет сформирован импульс, который возобновит процесс автоматической настройки фазы упомянутого сигнала (см. интервал Т=Tc-k на фиг.6).

Изложенный выше принцип работы устройства для управления синхронизацией телевизионного изображения характеризуется тем, что описанное устройство выполняет функцию автоматической компенсации смещения изображения в течение одного (первого после запуска или рестарта устройства) поля кадра на этапе буферизации данных входного изображения (от одного или нескольких источников).

1. Устройство для управления синхронизацией телевизионного изображения, содержащее первый счетчик для подсчета тактовых синхроимпульсов, выходы разрядов которого подключены к информационным входам первого и второго дешифраторов, формирователь импульса сброса, вход которого соединен с шиной внутреннего сигнала кадровой синхронизации, а выход подключен к входу сброса упомянутого счетчика, первый селектор и дискриминатор, выходные сигналы которого соединены с входами управления первого селектора, отличающееся тем, что в него введены второй селектор, второй счетчик, схема И-ИЛИ и регистр сдвига, при этом входы стробирования первого и второго дешифраторов подключены к шине тактовых синхроимпульсов, первый выход первого дешифратора подключен к шине внутреннего сигнала кадровой синхронизации, второй выход первого дешифратора подключен к первому входу схемы И-ИЛИ и входу разрешения счета второго счетчика, выходы второго дешифратора подключены к информационным входам второго селектора, на вход стробирования которого подан сигнал номера поля, при этом входы управления второго селектора соединены с выходами разрядов второго счетчика, а выход подключен к четвертому входу схемы И-ИЛИ, на второй и третий входы которой подан опорный сигнал гасящих импульсов строк, а выход подключен к информационному входу регистра сдвига, на вход синхронизации которого подан опорный сигнал тактовой частоты, а выходы разрядов регистра сдвига соединены с соответствующими информационными входами первого селектора и дискриминатора, на вход сброса которого подан сигнал со входа общего сброса устройства, при этом выход первого селектора является выходом сигнала гасящих импульсов строк устройства, а на вход стробирования упомянутого первого селектора подан сигнал со входа гасящих импульсов строк устройства, соединенный с входами синхронизации дискриминатора и второго счетчика, вход сброса которого подключен к выходу формирователя импульса сброса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый и второй селекторы содержат устройства хранения данных и мультиплексоры, информационные входы которых подключены к одноименным входам селекторов, а входы выбора данных к выходам устройств хранения, входы которых являются входами выбора данных упомянутых селекторов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый и второй дешифраторы содержат логические схемы выделения строк, входы которых соединены с информационными входами, а выходы подключены к соответствующим входам регистров, на входы синхронизации которых подан входной сигнал тактовых синхроимпульсов устройства, при этом выходы регистров являются соответствующими выходами дешифраторов.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вход разрешения счета второго счетчика инвертирующий.