Устройство для гамма-коррекции телевизионного сигнала

СОЮЗ СООЕТСНИХОВИЦИРМеснижРЕСПУБЛИН 5/20, Н 04 Н 7/1 50 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН Ий ни иаФорте 2214 ГАММА-КОРНАЛА,со- соединен(ФНЧ ), вход устройства,блок точГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71 ) Ленинградский институт ационного приборостроения(54 ) (57 ) УСТРОИСТВО дЛЯ РЕКЦИИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИ держащее йоследовательно иые фильтр нижних частот которого является входом первый блок дискретиэаци 807 А ного 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, 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,Цель изобретения - повышение качест)а телевизионного сигнала без увеличения числа уровней квантования.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для гаммакоррекции телевизионного сигнала, содержащее последовательно соеди 60 Изобретение относится к теле)идению, в частности к устройствамкоррекции амплитудной характеристики, и может быть использовано ) устройствах цифрового теле)идения.Известно устройство для гаммакоррекции телевизионного сигнала,содержащее д)а канала обработки,пер)ый из которых содержит последо)ательно соединенные фильтр нижнихчастот (ФНЧ) и гамма-корректор, а 10второй - Фильтр верхних частот(ФВЧ ) и гамма-корректор, выходыобоих канало) объединены сумматором (1 .Недостаток устройства - )озможность использования его лишь ) аналого)ых теле)изионных устройствах.Наиболее близким к предлагаемому является устройст)о для гаммакоррекции, содержащее последова Отельно соединенные фильтр нижнихчастот, блок дискретизации, блокточного квантования и цифровойгамма-корректор, генератор тактовыхимпульсов, выход которого подключен 25к тактовому входу блока дискретизации, и блок управления, выход которого подключен к управляющему входуцифрового гамма-корректора (23 .Недостатки иэ)естного устройствазаключаются в том, что в цифровом-корректоре при1 входной сигналподвергается нелинейной обработкеи в нем возникают искажения. Еслипроанализировать форму циФрового 5сигнала на выходе устройства, тооказывается, что часть кодовых комбинаций в выходном сигнале не используется вообще, в то время как на другом участке сигнала нескольким значениям входного кода соответствует 40одна и та же комбинация выходного.Например, при )("1 на начальномучастке изменения сигнала от 0 до255области темного ) часть кодовых комбинаций отсутствует. Это 45приводит к появлению на иэображениитак называемых ложных контуров,таккак на изображении отсутствуют градации яркости, описываемые этимикодами. Низкое качество иэображе Ония, связанное с появлением искажений в виде ложных контуров, а такжето, что для реализации устройстватребуется элементная база с оченьвысоким быстродействием, так какобработка ведется во всей полосечастот 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 такто)ых импульсов (ГТИ ), первый выход которого соединен с управляющим входом первого блока дискретизации, введены последовательно соединенные полосо)ой фильтр, выход которого объединен с входом ФНЧ, второй блок дискретизации, блок грубого квантования и сумматор, а также линейныйинтерполятор, 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 к)анто)ания, цифро)ой гамма-корректор 4, линейный интерполятор 5, сумматор 6, блок 7 управления, ГТИ 8, включающий ) себя задающий генератор 9 и делитель 10 частоты, полосо)ой 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 предста)ляет собой преобразователь кода, собранный по схеме постоянного запоминающего устройства, ) котором входной код служит адресом ячейки хранения соответствующего )ыходного кода, делитель 10 частоты выполнен на триггерах, задающий генератор 9 собран по иэ)естной схеме ЙС -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 восстанавли)аемых значений отсчетов.Устройство работает следующим образом.На его вход поступает аналоговый теле)иэионный 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 ) первый блок 2 дискретизации, в котором) ВЫХ 245 246 247 248 249 250 250 251 251 252 252 253 253 254 254 255 значения сигнала берутся только вопределенные дискретные моментывремени с частотой, определяемой потеореме Котельникова. Импульсы,определяющие моменты взятия выбороксигнала, вырабатываются задающим генератором 9 и прорежи;1 аются до частоты, необходимой для дискретизации низкочастотной составляющей, спомощью делителя 10 частоты. Дискретизированный сигнал с выхода 10блока 2 дискретизации поступает вблок 3 точного квантования, гдеквантуется на 256 уровней. Числоуровней квантования выбирается таким, чтобы на изображении не было 15заметно ложных контуров. Известно,что низкочастотную составляющуюнеобходимо квантовать не менее,чемна 256 уровней для получения хорошего качества изображения. В блоке3 точного квантования сигнал преобразуется в восьмиразрядный двоичныйкод, который затем поступает навход цифрового гамма-корректора 4,в котором происходит перекодиРовкасигнала по нелинейному закону стребуемым показателем . Входнойвосьмиразрядный код служит адресомячейки хранения соответствующеговыходного восьмираэрядного кода вцифровом гамма-корректоре 4, блок 7управления в зависимости от величины показателяосуществляетопределенную коммутацию микросхемс 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 0 х от 0 до 1-го уровня квантования вызывает изменение сигнала на выходе цифрового гамма-корректора 4 и 16 уровней квантования. Это соответствует увеличению мага квантования 60 шкалы квантования в области темного на выходе цифрового гамма-корректора 4 в 16 раз, вследствие 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 Орх описывается восьми- разрядным кодом, динамический диапазон входного сигнала разбивается на 256 уровней, У = 0,5.7ВЬХ Р "цх"вых = ГО 8Коэффициент ) определяют из условия постоянства динамического диапазона сигналаВыем тох" РДва щах255 = .Г 255- 15,96ОЕЫх= 15,96-БОх Поскольку значения ц ЕЫХ получаются дробными, производят их округление до ближайшего целого, При изменении 08 Х от 0 ло 255 с шагом 1 получают на выходе цифрового гамма-корректора 4 следуюшую последовательность значений выходного сигнала: 250 251 252 253 254 255 светлого, наоборот, прид 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 1 с большими техническими трудностями. Ц 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, выработанных1058087 Составитель В. МаксимоваТехредЛ, Пилипенко Корректор А. Зимокосов РедакторА. Курах Тираж 677 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 9602/58 Филиал ППП "Патент", г. 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 б. Высокочастотная составляющаяаналогового сигнала, поступающая свыхода полосового фильтра 11, такжепреобразуется в цифровой код.Сначала она дискретизируется во втором блоке 12 дискретизации, а за. тем квантуется в блоке 13 грубогоквантования. Грубое квантование на16 уровней выбрано исходя из того, 10 что искажения сигнала, вносимые таким квантованием, на мелких деталяхизображения не видны и качестваизображения не ухудшают. Проквантованная высокочастотная составляю щая в виде четырехразрядного двоичного кода подается на второй входсумматора б, В последнем происходитсложение обеих составляющих путемприбавления четырехразрядного кодавысокочастотной составляющей сигнала к старшим разрядам восьмиразрядного кода низкочастотнойсоставляющей сигнала. На,выходесумматора 6 получают скорректированный сигнал изображения в цифровой форме. Таким образом, в предлагаемомустройстве улучшается качествотелевизионного сигнала беэ увеличения числа уровней квантования и,кроме того, снижаются требования кбыстродействию элементной базыустройства, Например, из расчетов,видно, если на низкочастотную сос тавляющую приходится 1/8-1/10 частьспектра всего сигнала изображения,то, соответственно, каждая выборканизкочастотного сигнала может проходить обработку за время в 8- 40 10 раэ превышающее то, которое отводилось на обработку выборки вустройстве-прототипе.