Устройство автоматической регулировки размаха видеосигнала

 

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(SD Н 04 И / 6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ (21) 3447835/18-09 (22) 31.06.82 (46) 23.02.84. Вюл. )) 7 (72) A.Н. Куликов (53) 621.397 (088.8) (56) 1. Крылов Г.М. и др. Принципы и методы регулировки усиления в транзисторных усилителях. М., "Энергия", 1974, с; 31-35.

2. Техника средств связи. Техника телевидения. 1978. Вып. 4, с. 40-46.

3. Заявка Великобритании

)) 1.351.993, 1974 (прототип). (54) ("7) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИ (ЕСКОЙ

РЕГУЛИРОВКИ РАЗМАХЛ ВИДЕОСИГНАЛА, содержащее коммутатор, первый вход которого является входом устройства и соединен с входом пикового детектора максимума, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, аттенюатор, выход которого соединен с входом усилителя напряжения, а вход управления соединен с выходом стробируемого генератора линейноизменяющегося напряжения, первый вход которого соединен с выходом компаратора, инвертирующий вход которого является входом опорного напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поддержания размаха видеосигнала при сохранении заданной помехоустойчивости, введены пиковый детектор минимума, блок выборки-хранения, первый и второй блоки фиксации уровня сигнала и формирователь управляющих импульсов, при этом вход пико.вого детектора минимума соединен с входом устройства, а выход соединен с входом блока выборки-хранения, выход которого соединен с третьим входом коммутатора, выход которого соединен с входом первого блока фиксации уровня сигнала, выход которого соединен с входом аттенюатора, а выход усилителя напряжения соединен с входом второго блока фиксации уровня сигнала, выход которого соединен с неинвертирующим входом компаратора и является выходом устройства,причем первый выход формирователя управляющих импульсов соединен с первыми входами управления пиковых де.текторов минимума и максимума, второй <д

Ф выход соединен с входом управления блока выборки-хранения и вторым входом стробируемого генератора линеяно изменяющегося напряяения, а трети и выход соеди нен с треть им в ходом стробируемого генератора линейно изменяющегося напряжения, причем входы управления коммутатора объединены с соответствуюь(ими входами формирователя управляющих импульсов и являются-соответствующими входами сигналов неинвертированных и инвертированных строчных и кадровых гасящих импульсов, второй вход уп- Д равления пикового детектора макси- р мума является входом сигнала инвертированной смеси гасящих импульсов, а входы управления обоих блоков фиксации уровня сигнала являются входами сигналов строчных гасящих импульсов.. . В»

1075443, Изобретение относится к телевидению и может быть использовано при построении устройства автоматической регулировки в усилительном тракте, например малокадровых телевизионных (ТВ) камер на ПЗС.

Известно устройство автоматической регулировки размаха видеосигнала, содержащее последовательно соединенные пиковый детектор, аналого-дискретный преобразователь, блок дискретизации и аттенюатора,вход. которого соединен с входом пикового детектора и является входом устройства P1) .

Недостатком этого устройства ав- 15 томатической регулировки усиления (АРУ), так называемого "АРУ вперед", является недостаточная точность поддержания размаха видеосигнала, обусловленная термонестабильностью gp регулируемого усилителя напряжения при отсутствии отрицательной обратной связи с выхода устройства по цепи управления. Кроме того, недо-. статком устройства является значительная сложность схемы, особенно при большом числе дискретов значений коэффициента усиления, и связанная с этим высокая стоимость устройства. 30

Известно также устройство автоматической ре улировки размаха видеосигнала, так называемое "АРУ назад", содержащее последовательнс соединенные регулируемый усилитель напряжения, пиковый детектор, блок выборки-хранения и усилитель постоянного тока. При этом вход регулируемого усилителя напряжения является входом устройства, выход регулируемого усилителя напряжения 40 является выходом устройства, а выход усилителя постоянного тока соединен с входом управления регулируемого усилителя напряжения (21 .

Однако данное устройство как и все устройства типа "АРУ назад" обладает недостаточной помехоустойчивостью и инерционностью отработки, что обусловлено наличием инерционного звена (пикового детектора со значительной постоянной времени цепи рааряда детектора) в цепи обратной связи. Низкая помехоустойчивость данного устройства проявляется в виде эффекта пропадания сигнала на время нескольких десятков кадров после воздействия импульсной помехи или при резкой. неосвещенности. Нужно отметить, что комбинация двух устройств "АРУ на- 60 зад" не устраняет указанные недостатки. В этом случае может быть достигнут только некоторый компромисс, происходит перераспределение или обмен недостаточной помехоустой- g5 чивости на точность поддержания выходного размаха сигнала или наоборот. Как известно, эти недостатки являются противоречивыми в устройствах автоматического регулирования и обусловлены соответственно наличием или отсутствием петли обратной связи. Однако в малокадровых TB камерах крайне важно в наибольшей степени устранить оба этих недостатка, так как в малокадровых ТВ камерах каждый новый кадр содержит значительное дополнительное количество информации по сравнению с предыдущим кадром, поэтому совершенно недопустим эффект пропадания сигнала на время нескольких десятков кадров.

Кроме того, ТВ камеры работают в условиях резких скачков температур, вызывающих значительные ошибки в поддержании размаха видеосигнала на выходе ТВ камеры. Однако большие ошибки также недопустимы из-за необходимости ограниченной пропускной способности канала связи.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство автоматической регулировки размаха. видеосигнала, содержащее последовательно соединенные пиковый детектор максимума, коммутатор, аттенюатор и усилитель, выход которого соединен с выходом устройства и через компаратор и стробируемый геаератор линейно-изменяющегося напряжения с входом управления аттенюатора. Два других входа стробируемого генератора линейно изменяю- щегося напряжения подключены к выходам селектора импульсов, на входы которого поступают тактовые и синхронизирующие импульсы. Другие выходы селектора импульсов подключены к входу управления пикового детектора и к входу управления электрически управляемого переключателя входных сигналов на одно направление Pj

Однако известное устройство обладает недостаточной точностью поддержания размаха сигнала. Это обусловлено тем, что управляющий сигнал с выхода пикового детектора максимума, представляющий собой уровень напряжения, пропорциональный уровню белой детали ТВ сигнала, проходит гальванически через коммутатор, аттенюатор и усилитель напряжения к входу компаратора. Поэтому управляющий сигнал доходит до компаратора с ошибкой, обусловленной постоянным сдвигом уровня напряжения в этих блоках, а также эа счет температурного дрейфа уровня, особенно в усилителе напряжения. При этом снизить .дрейф и повысить точност| усилителя напряжения путем увелн1075443 чения глубины отрицательной обратной связи в этом усилителе практи— чески невозможно из-за широкого спектра ТВ сигнала, требуемой значительной широкополосности усилителя и высокого коэффициента усиления по напряжению.

Кроме того, размах видеосигнапа определяется не только уровнем самой белой детали, но и уровнем черной детали изображения, который в ряде случаев может отличаться от уровня сигнала во время прохождения гасящих импульсов. В ТВ камерах

- частот требуется поддерживать не абсолютный уровень белой детали, а именно размах между самыми белой и черной деталями изображения. Поэтому недостатком известного устройства является также отсутствие автоматической регулировки размаха сигнала и наличие лишь АРУ.

Целью изобретения является повышение точности поддержания размаха видеосигнала при сохранении заданной помехоустойчивости.

Цель достигается тем, что в устройство автоматической регулировки размаха видеосигнала, содержащее коммутатор, первый вход которого является входом устройства и соеди— нен с входом пикового детектора максимума, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, аттенюатор, выход которого соединен с входом усилителя напряжения, а вход управления соединен с выходом стробируемого генератора линейно изменяющегося напряжения, первый вход которого соединен с выходом компаратора, инвертирующий вход которого является входом опорного напряжения, введены пиковый детектор минимума, блок выборки-хранения, первый и второй блоки фиксации уровня сигнала и. формирователь управляющих импульсов, при этом вход пикового детектора минимума соединен с входом устройства, а выход — с входом блока выборки-хранения, выход которого соединен с третьим входом коммутатора, выход которого соединен с входом первого .блока фиксации уровня сигнала, выход которого соединен с входом аттенюатора, а выход усилителя напряжения соединен с входом второго блока фиксации уровня сигнала, выход которого соединения с неинвертирующим входом компаратора и является выходом устройства,причем первый выход формирователя уп-. равляющих импульсов соединен с первыми входами управления пиковых детекторов минимума и максимума,второй выход соединен с входом управления блока выборки-хранения и вторьм входом стробируемого гене5

65 ратора линейно изменяющегося напряжения, а третий выход соединен с третьим входом стробируемого генератора линейно изменяющегося напряжения, причем входы управления коммутатора объединены с соответствующими входами формирователя управляющих импульсов и являются соответствующими входами сигналов неинвертированных и инвертированных строчных и кадровых гасящих импульсов, второй вход управления пикового детектора максимума является входом сигнала инвертированной смеси гасящих импульсов, а входы управления обоих блоков фиксации уровня сигнала являются входами сигналов строчных гасящих .импульсов.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства автоматической регулировки размаха видеосигнала; на фиг.2 †.диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство автоматической регулировки размаха видеосигнала содержит пиковый детектор 1 минимума, пиковый детектор 2 максимума, блок 3 выборки-хранения, коммутатор 4, формирователь 5 управляющих импульсов, первый блок б фиксации уровня сигнала, аттенюатор 7, стробируемый генератор 8 линейно изменяющегося напряжения, компаратор 9, усилитель 10 и второй блок 11 фиксации уровня сигнала.

Устройство автоматической регулировки размаха видеосигнала работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на входы пиковых детекторов 1 и 2 и на первый вход коммутатора 4 входных сигналов на одно направление. Во время прямого хода по кадру пиковый детектор 1 минимума определяет уровень самой черной детали ТВ изображения в данном кадре. При этом накопите."ьный конденсатор этого детектора отключается от цепи заряда во время прохождения гасящих импульсов (фиг.2б), уровень напряжения сигнала во время которых может быть меньше уровня самой черной детали. Пиковый детектор 2 максимума определяет за время прямого хода по кадру уровень самой белой детали изображения. К началу обратного хода по кадру — кадрового гасящего импуль— са (фиг.2<) на выходах обоих детекторов 1 и 2 присутствуют уровни напряжения, соответствующие самым. черной и белой деталям изображения прошедшего кадра. Уровень черной детали поступает с выхода пикового детектора 1 на вход блока 3 выборки-xpaèåíèÿ значений напряжений сигнала, где запоминается во время

1075443 первой трети длительности гасящего импульса (фиг.2$). Этот уровень хранится — поддерживается постоянным, на выходе блока 3 на все время следующего кадра до прихода очередного импульса выборки (фиг. 2 Ь).

Коммутатор 4 переключает входные сигналы на одно направление следующим образом. Во время строчных гасящих импульсов (фиг.2F) как во время прямого, так и во время обратного ходов по кадру, на выход коммутатора 4 поступает уровень черной детали с выхода блока 3 выборки-хранения. Во время прямых ходов по строке в прямом ходу по кадру на выход коммутатора 4 проходит входной сигнал, à во время прямых ходов по строке в обратном ходу по кадру проходит уровень белой детали с выхода пикового детектора 2. Поскольку выход коммутатора 4 соединен с входом первого блока 6 фиксации уровня сигнала, то на его входе присутствуют во время обратного хода по кадру поочередно уровень белой детали (во время прямых ходов по строке) и уровень черной детали (ac время строчного гасящего импульса), Фиксация осуществляется во время строчных гасящих импульсов, поэтому на выходе схемы образуется сигнал, уровень черной детали которого привязан к нулевому потенциалу, т.е. первый блок 6 используется для управляемого сдвига уровня сигнала. С выхода блока 6 фиксации сигнал поступает на вход электрически управляемого аттенюатора 7, который управляется стробируемым генератором 8 линейно изменяющегося напряжения. Бо время действия импульса (фиг.26) на выходе стробируемого генератора .8 устанавливается нулевой потенциал, соответствующий минимальному коэффициенту передачи аттенюатора 7. Во время действия импульса (фиг.2 ) напряжение на выходе стробируемого генератора 8 начинает изменйться по линейному закону во время прямого хода по строке и не изменяется во время строчного гасящего импульса (фиг.2e). При этом коэффициент передачи аттенюатора 7 начинает изменяться, увеличиваясь от минимального значения. Благодаря этому размах сигнала комбинации уровней белого и черного, проходящего через аттенюатор 7, начинает увеличиваться в соответствии с увеличением

его коэффициента передачи. Этот сигнал усиливается в усилителе 10 напряжения и через второй блок 11 фиксации уровня сигнала поступает на неинвертирующий вход компаратора 9.

Как только выходное напряжение становится равным опорному напряжению, поступающему на инвертирующий вход компаратора 9, напряжение на его выходе изменяется скачком и отключает цепь заряда конденсатора в стробируемом генераторе 8 линейно изменяющегося напряжения. При

10 этом напряжение на выходе стробируемого генератора 8 перестанет изменяться и останется неизменным во время грямого хода по кадру следующего кадра. Тем самым коэффициент

15 передачи аттенюатора 7 фиксируется.

Во время третьей части кадрового гасящего импульса импульс сброса (фиг.2g), поступающий на входы управления пиковых детекторов 1 и 2, устанавливает их в исходное положение. Во время прямого хода по кадру входной сигнал поступает через коммутатор 4, первый блок 6 фиксации, аттенюатор 7, усилитель 10 и второй

25 блок 11 фиксации на выход устройства. При этом коэффициент передачи аттенюатора 7 уже установлен так, что на выходе устройства уровень белой детали изображения соответствует заданному уровню, равному опорному напряжению, а уровень черной детали соответствует за счет действия двух блоков фиксации нулевому потенциалу (фиг.28). тем.самым устройство обеспечивает,автоматическое поддержание размаха видеосигнала на своем выходе.

Благодаря тому, что на пиковые детекторы 1 и 2 поступает входной сигнал, устройство обладает максимальной помехоустойчивостью, соответствующей "АРУ вперед". При этом после импульсной помехи или при резкой смене освещенности теряется только один ТВ кадр. Кроме того, за счет

45 дискретного включения цепи обратной связи во время кадрового гасящего импульса, все температурные дрейфы блоков, охваченных цепью обратной связи, компенсируются пропорционально глубине обратной свя и — так как в устройствах "АРУ назад". Однако недостатков "АРУ назад" предлагаемое устройство не имеет, поскольку цепь отрицательной обратной связи

55 выключается во время прямого хада по кадру.

Предлагаемое устройство обладает значительно более высокой точностью поддержания размаха выходного сиг60 нала, чем известное устройство, за счет наличия обоих блоков 6 и 11 фйксации, которые компенсируют дрейф постоянного уровня сигнала в усилителе 10 напряжения и аттенюаторе 7, а также за счет использования двух1075443

Инбер в

NR СФИЪ и4их им гоб

CNpovH иииул уберти сяррчны импульс

Ка дрор ии пуль

Инбер яадробии гася щий имлульс уровневого управляющего сигнала, формируемого коммутатором 4 и пиковыми детекторами 1 и 2 во время кадрового гасящего импульса. В известном устройстве при изменении температуры происходит ограничение черных деталей или превышение выше нормы уровня белых деталей изображения при йзменении температуры в ту или другую стороны.

Применение предлагаемого устройст-10 ва автоматической регулировки размаха видеосигнала в усилительном трак.— те малокадровых ТВ на ПЗС позволит повысить точность поддержания размаха видеосигнала при сохранении за- 15 данной помехоустойчивости и производить наблюдение с помощью таких

TB камер в большем диапазоне освещенностей,а также улучшить качество получаемого изображения. За счет того, что цепь дискретной обратной связи включается в заданные формирователем управляющих импульсов интервалы времени, а направление изменения коэффициента передачи электрически управляемого аттенюатора определено однозначно, в предлагаемом .устройстве принципиально невозможно.самовозбуждение, которое бывает в устройствах типа "АРУ назад.". Кроме того, за счет наличия схем фиксации уровня сигнала, а также благодаря подключаемой цепи обратной связи точность поддержания размаха выходного сигнала очень высока. В макете предлагаемого устройства при постоянном сигнале на входе и изменении температуры .от 20 до 85 С размах выходного сигнала изменялся менее чем на 2% от номинального.

1075443

Составитель Г. Росаткевич

Техред Л.Пилипенко Корректор И. Муски

Редактор В. Данко

Тираж 635 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 519/51

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4