Устройство для формирования сигнала межкадровой разности

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 111938423(23) ПриоритетОпубликовано 230682, Бюллетень М 23Дата опубликования описания 2306.82 51)М Кл з Н 04 Б 7/18 Государственный комитет С С С Р по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Довжиков и А.Н. КуликИИРОВАНИЯ СИГНАЛАЗНОСТИ сущестдруненеоб- рифИзобретение относится к телевидению и может использоваться при построении астрономических телевизионных систем, предназначенных для наблюдения подвижных обьектов, например метеоров.Известно устройство цифровоймежкадровой обработки видеосигнала,содержащее телевизионную камеру, 10выход которой соединен со входоманалого-цифрового преобразователя,выход которого соединен с входомдемультиплексора. Выходы демультиплексора соединены с соответствующими входами цифрового запоминающегоустройства, предназначенного длязадержки цифрового Видеосигнала навремя, 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 входомарифметического устройства, овляющего операцию вычитания, агой вход этого устройства соедис выходом аналого-цифрового прразователя. Таким образом, на а 30 метическое устройство поступаютодновременно видеосигналы предыдущего и текущего кадров и после ихвычитания на выходе этого устройства образуется цифровой видеосигналмежкадровой разности. Выход арифметического устройства соединен свходом цифро-аналогового преобразователя, на выходе которого образуется аналоговый видеосигнал межкадровой разности (1),Однако известное устройство имеет недостаточный динамический диапазон, который определяется как динамическим диапазоном телевизионной камеры, так и динамическим диапазоном тракта обработки видеосигнала, а именно, числом разрядов аналогоцифрового и цифроаналогового преобразователей и информационной емкость запоминающего устройства, Большая емкость запоминающего устройства в данной системе достигается путем соединения большого копичес ва запоминающих устройств малой информационной емкости, Расширению динамического диапазона путем наращивания числа запоминающих устройств в этой системе препятствует резкое50 возрастание сложности и снижение надежности системы.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для 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 кото рого 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 15 которого соединен с выходом датчика телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью, а выход которого является выходом устройства 122Однако это, устройство имеет огра ниченный динамический диапазон и искажения, приводящие к появлению остаточного разностного сигнала при вычитании видеосигналов из неподвижного изображения. 25Цель изобретения - уменьшение искажений сигнала,межкадровой разности.Указанная цель достигается тем, что в устройстве для формирования сигнала межкадровой разности, содер. жащем последовательно соединенные входной усилитечь, 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 40 с выходом датчика телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью, а выход которого является выходом устройства между выходом датчика телевизионного сигнала на при борах 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, дополнительный блок памя ти на приборах с зарядовой связью и дополнительный входной усилитель, при этом инвентирующий вход дополнительного вычитателя 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 связьюсоединены с тактовыми выходами генератора управляющих импульсов.Кроме того, блок кодирования содержит последовательно соединенныепервый аналоговый переключатель,и-уровневый аналого-цифровой преобразователь, коммутируемый источникэталонных напряжений и второй аналоговый переключатель, причем управляющие входы первого и второго аналоговых переключателей являютсяуправляющими входами блока, а первыйи второй входы первого аналоговогопереключателя и соответствующие выходы второго аналогового переключателя являются соответственно первымии вторыми входами и выходами блока.На фиг.1 приведена структурнаяэлектрическая схема предлагаемогоустройства; на фиг 2 - то же, блоккодирования.Устройство содержит датчик 1телевизионного сигнала на приборахс зарядовой связью (ПЗС), блок 2 кодирования, вычитатель 3, сумматор 4,дополнительный вычитатель 5, входнойусилитель 6, блок 7 памяти на ПЗС,выходной усилитель 8, дополнительныевходной усилитель 9, блок 16 памятина приборах с зарядовой связью, выходной усилитель 11, генератор 12управляющих импульсов, причем блок2 кодирования состоит иэ первогоаналогового переключателя 13, п-уровневого аналого-цифрового преобразователя 14, коммутируемого источника 15 эталонных напряжений, второгоаналогового переключателя 16,Устройство работает следующим образом.С выхода датчика 1 телевизионногосигнала на приборах с зарядовойсвязью аналоговый, дискретный во времени видеосигнал поэлементно посту"пает на один вход блока 2 кодирования,который осуществляет квантованиекаждого элемента видеосигнала на иуровней так, что напряжение любогоуровня в любом случае получаетсяменьшим или равным напряжению соответствующего элемента полного видеосигнала. С первого выхода блока 2кодирования квантованный видеосигнал поступает на неинвертирующийвход дополнительного вычитателя 5,который вычитает его иэ полноговидеосигнала с выхода датчика 1Навыходе этого вычитателя 5 образуется раэностный видеосигнал, максимальное напряжение которого не превышает величину шага квантования.Эти две составляющие полного видеосигнала (квантованный и раэностныйвидеосигналы) поступают на входывходных усилителей 6 и 9 соответственно. При этом, поскольку максимальное напряжение разностного видео.сигнала в п раз меньше максимального напряжения квантованного видеосигнала, входной усилитель 9 должен иметьв и раз больший коэффициент усиления, чем входной усилитель. После усиления с выходов вход ных усилителей б .и 9 эти видеосигналы поступают на входы блоков 7 и 10 памяти на приборах с зарядовой связью.Квантованный видеосигнал записы вается в блок 7 памяти, а разностный видеосигнал - в дополнительный блок 10 памяти. Эти блоки памяти на приборах с зарядовой связью осуществляют задержку видеосигналов )5 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 11. При этом коэффициент усиления выходного усилителя 11 в и раз меньше коэффициента усиления выходного усилителя 8, что требуется для восстановления правильного соотношения уровней между видеосигналами. Суммарный коэффициент передачи со входа входного на выход выходного усилителей обоих блоков памяти должен быть равен 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 реге нерацию этого видеосигнала (те. освобождение его от шумов и искажений). Иаксимально возможное число уровней квантования и должно выбираться в соответствии с требуемой 45 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 кодирования получается регенерированный задержанный квантованный видеосигнал. Этот видеосигнал поступает на один вход сумматора 4,на другой вход которого поступает задержанный разностны й видеосигнал с выхода выходного4 6 усилителя 11. На выходе сумматора образуется сумма этих видеосигналов,т.е. полный видеосигнал, задержанныйна время, равное длительности телевизионного кадра. Этот видеосигналпредыдущего кадра поступает с выхода сумматора 4 на инвертирующий входвычитателя 3, а на другой его входпоступает видеосигнал текущего кадрас выхода датчика 1. В результатевычитания видеосигналов на выходевычитателя 3 образуется видеосигналмежкадровой разностиУстройство имеет три выхода . Напервом выходе присутствует видеосигнал текущего кадра, на втором выходе - видеосигнал межкадровой разности, а на третьем выходе - видеосигнал предыдущего кадра. Первый итретий выходы могут быть использованы при необходимости просмотра изображения неподвижных объектов, а также в случае использования более сложного межкадрового кодирования с цельюустранения избыточности информациителевизионного видеосигнала.Синхронизация работы устройства,для формирования сигнала межкадровойразности осуществляется с помощьюнеуказанного на схеме синхрогенератора, который, кроме этого, обеспечивает все матрицы приборов с зарядовой связью требуемыми тактовыминапряжениями.Блок 2 кодирования служит дляквантования полного видеосигнала те. кущего кадраи регенерации квантованного видеосигнала предыдущегокадра. Благодаря этому, а также засчет усиления разностного видеосиг -нала во входном усилителе 9 в и раз,динамический диапазон этой частиустройства расширяется, а искаженияв формируемом видеосигнале снижаютсяв и раз, где и - число уровнейквантованияОпределенная доля искажений можетвноситься в видеосигнал за счет неточного совпадения эталонных уровней,используемых при квантовании полного видеосигнала, и эталонных уровней, используемых при регенерацииквантованного видеосигнала. Для исключения этих искажений предлагаетсяиспользовать и при квантовании ипри регенерации одни и те же эталонные уровни, снимаемые с одной цепочки эталонных резисторов, и при этомдля обеспечения синхронизации квантование каждого элемента полноговидеосигнала производить в первуюполовину времени элемента, а регенерацию каждого элемента квантованноговидеосигнала производить во вторуюполовину времени элемента.Блок 2 кодирования работаетследующим образом.На первый вход аналогового перек лючателя 13 поступает полный видео 938423сигнал текущего кадра, а на второй вход - квантованный видеосигнал предыдущего кадра. На импульсный вход аналогового переключателя поступают импульсы переключения, тактовая частота которых в два раза выше частоты элементов. Эти же импульсы поступают на импульсный вход аналогового переключателя 16. При этом аналоговые переключатели 13 и 16 одновременно находятся либо в верхнем,либо в ниж О нем положениях. Когда аналоговые переключатели 13 и 16 находятся в первом положении, видеосигнал с выхода камеры поступает через аналоговый переключатель 13 на вход и уРовне вого аналого-цифрового преобразователя 14, который управляет работой коммутируемого источника 15 эталонных напряжений так, что на его выходе устанавливается эталонный уро вень, соответствующий обнаруженному уровню входного видеосигнала. Через аналоговый переключатель 16 эТот 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 40 на дополнительном вычитателе 5,следовательно, ошибки, возникающие изэа несовпадения уровней, исключаются.Искажения и шумы в предлагаемом 45 устройстве обусловлены лишь шумами и искажениями разностного видеосигнала, прошедшего через дополнительный блок 10 памяти, Но, так какуровень этого видеоСигнала в и раэ меньше уровней полного и квантованного видеосигналов, величина шумов и искажений, внесенных с этим сигналом, в и раз меньше. Остальныезвеья тракта формирования видео сигнала не вносят заметных шумов и искажения, так как эти параметры у операционных усилителей и аналоговых переключателей, на основекоторых построена схема, существенно выше, чем у блоков памяти на приборах с зарядовой связью.Экспериментально установленавозможность расширения динамического диапазона тракта формирования видеосигнала в 8 раз, что соответ 65 ствует расширению динамического диапазона всей передающей части телевизионной 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 предлагаемого 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 изобретения1. Устройство для формированиясигнала 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, дополнительный блок памяти на приборах с зарядовой связью и дополнительный входной усилитель, при этом инвертирующий вход дополнительного вычитателя соединен с другим выходом блока кодирования и входом входного усилителя, выход которого соединен с вторым входом блока кодирования, управляющий вход которого подключен к выходу переклю9 9.38423 10 иг,1 г 1Составитель В. Ма Ус Техред: И, Тепер тор В. Бутяга К ак Подписго комитета ий и открыт ушская наб оеСССР Тираж 688 ИИПИ Госуда по делам и Москва, Ж, д. 4/5 11303 енто, г. Ужгород, ул. Проектн иал ППП чения генератора управляющих импульсов, а входы дополнительного блока памяти на приборах с зарядовой связью .соединены с тактовыми выходами генератора управляющих импульсов.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок кодирования содержит последовательно соединенные первый аналоговый переключатель, и уровневый аналого-цифровой преобразователь, коммутирующий 1 О источник эталонных напряжений и второй аналоговый переключатель, причем управляющие входы первого и второго аналоговых переключателей являютсяуправляющими входами блока, а первыйи второй входы первого аналоговогопереключателя и соответствующие выходы второго аналогового переключателя являются соответственно первымии,вторыми входами и выходами блока.Источники информации,принятые во внимание при,экспертизе1. Техника средств связи,-Сер.Техника телевидения, 1979,вып. 4(8), с. 40.2. Патент США В 3851096,кл. Н 04 Б 7/18, .1974 (прототип).