Устройство обработки видеосигнала

 

Изобретение относится к телевидению и может использоваться для обработки видеосигнала в реальном масштабе времени, в частности для увеличения контрастности изображений. Цель изобретения - повышение быстродействия обработки видеосигнала путем сокращения времени формирования характеристики преобразования входного видеосигнала. Устройство обработки видеосигнала содержит блок 1 формирования гистограммы, аналого-цифровой преобразователь 2, мультиплексор 3, блок 4 оперативной памяти, цифроаналоговый преобразователь 5, формирователь б адресов и блок 7 постоянной памяти значений уровней выходного видеосигнала. Характеристика преобразования получается с использованием гистограммы уровней входного видеосигнала предыдущего кадра и используется для обработки видеосигнала в следующем кадре. Это возможно из-за наличия сильных корреляционных связей между соседними кадрами телевизионного изображения. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл. fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 04 N 5/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0с

6д (Я к) i 0ф

Ф (21) 4632641/09 (22) 05.01.89 (46) 15.03.91. Бюл. ¹ 10 (71) Особое конструкторско-технологическое бюро "Омега" при Новгородском политехническом институте (72) Ю.А.Казанский (53) 621.397 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1131043, кл. Н 04 N 7/18, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ОБPAБОТКИ ВИДЕОСИГНАЛА (57) Изобретение относится к телевидению и может использоваться для обработки видеосигнала в реальном масштабе времени, в частности для увеличения контрастности изображений. Цель изобретения — повышение быстродействия обработки видеосигна Ы, „1635284 Al ла путем сокращения времени формирования характеристики преобразования входного видеосигнала. Устройство обработки видеосигнала содержит блок 1 формирования гистограммы, аналого-цифровой преобразователь 2, мультиплексор 3, блок 4 оперативной памяти, цифроаналоговый преобразователь 5, формирователь 6 адресов и блок 7 постоянной памяти значений уровней выходного видеосигнала. Характеристика преобразования получается с использованием гистограммы уровней входного видеосигнала предыдущего кадра и используется для обработки видеосигнала в следующем кадре. Это возможно из-за наличия сильных корреляционных связей между соседними кадрами телевизионного изображения. 2 з.п. ф-лы, 6 ил„2 табл.

1635284 (4) Изобретение относится к телевидению и может использоваться для обработки видеосигнала в реальном масштабе времени, в частности для увеличения контрастности изображений.

Целью изобретения является повышение быстродействия обработки видеосигнала путем сокращения времени формирования характеристики преобразования входного видеосигнала, На фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства обработки видеосигнала; на фиг,2 — блок формирования гистограммы; на фиг.3 — формирователь адресов; на фиг.4 — 6 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство обработки видеосигнала содержит блок 1 формирования гистограммы, аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

2, мультиплексор 3, блок 4 оперативной памяти, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, формирователь 6 адресов, блок 7 постоянной памяти значений уровней выходного видеосигнала.

Блок 1 формирования гистограммы (фиг.2) содержит блок 8 оперативной памяти, первый параллельный регистр 9, первый сумматор 10, первый элемент 11 задержки, элемент ИЛИ 12, второй элемент 13 задержки, третий элемент 14 задержки, второй элемент НЕ 15, первый элемент НЕ 16, третий элемент НЕ 17, второй параллельный регистр 18, второй сумматор 19. Формирователь 6 адресов (фиг.3) содержит триггер

20, элемент 21 задержки, генератор 22 фазируемых импульсов, двоичный счетчик 23, формирователь 24 импульсов.

Устройство обработки видеосигнала осуществляет преобразование уровней входного видеосигнала в уровни выходного видеосигнала в соответствии с характеристикой преобразования, которая определяется гистограммой распределения уровней входного видеосигнала, подвергнутого линейному амплитудному квантованию, Характеристика преобразования представляет собой зависимость выходного видеосигнала

От ВходнОГО.

Выходной видеосигнал устройства имеет гистограмму распределения уровней, отличающуюся От гистограммы распределения уровней входного видеосигнала. Видоизменение гистограммы видеосигнала применяется для изменения параметров изображений, например для увеличения контраста малоконтрастных иэображений. При видоиэменении гистограммы выполняется поэлементное преобразование уровней fI входного видеосигнала в уровни 9к выходного видеосигнала, то есть

9(0) = T(fI) гдеf0 fI 1(;g059(Ок:

J=0, 1„, I; k=0,1„,"К;

1+1 — число уровней квантования входного видеосигнала;

k+1 — число уровней квантования выходного видеосигнала;

Т вЂ” функциональная зависимость gy от fI, Функциональная зависимость (1) может быть выражена через функцию распределения вероятности PI(fI) уровней входного видеосигнала

9k(J ) = 0(Р((fI)) (2)

Приближением функции Pt(fj) является гистограмма распределения уровней, которая для линейно квантованного по амплитуде на I+1 уровней входного видеосигнала представляет собой ряд из 1+1 чисел HF(J), принимающих значения в соответствии с выражением

HF (J) = (3) где nI — число элементов изображения, видеосигнал которых имеет j уровень;

N — общее число элементов В изображении, которому соответствует входной видеоСИГНдл, Так как Pf (f; ) = g Нт (m ), то можно

m =0 записать дк())=а(g Ня(т)}

Например, для получения равномерной плотности вероятности уровней в выходном видеосигнале выражение (2) имеет вид

g = (9макс - 9мин) PI(f) + 9мин (5) или с учетом (4) м =(ммакс-ям ) g Нт (m ) . (6)

m =0

Где gMaKQ, 9(((дн — максимальный и минимальный уровни выходного видеосигнала.

Для известной функциональной зависимости С1 и заданных величин 1, К, N можно получить табличное представление зависимости между g u f (см. табл.1). Для линейного квантОВания ВхОДнОГО виДеосиГнала имеется fj = J.

Табл. 1 описывает характеристику преобразования входного видеосигнала в выходной.

Этой таблице соответствует таблица зависимости между величинами Q = Q (g Hr (m ) }

4т(=0 и Н = $ Ня (m ) .Такая зависимость предm =0 ставлена в табл. 2, которая устанавливает соответствие между величиной Н(, зависящей от гистограммы уровней входного видеосигнала и от его j-го уровня, и уровнем выход1635284 ного видеосигнала gy(j) =- QI. Табл. 2 строится по известным Q, I, К, N и заносится в блок 7 значений уровней выходного видеосигнала в виде массива двоичных кодов gi*(J) величин gy(J) = QI по адресам, определяемым двоичными кодами Н соответствующих величин HI. Если после занесения информации на адресные входы блока 7 подавать

Ф двоичные коды Н 1, то с выхода блока 7 будут сниматься двоичные коды gk (j), то есть происходит преобразование гистограммы в двоичные коды значение уровней выходного видеосигнала.

10 где преобразуются в выходной аналоговый видеосигнал устройства (фиг.4ж). Одновременно с преобразованием входного видеосигнала в выходной в устройстве выполняется формирование гистограммы уровней входного видеосигнала. Для этого

Устройство обработки видеосигнала ра- 15 ботает следующим образом.

3а исходное принято состояние устройства в момент времени t<, соответствующий спаду кадрового гасящего импульса (КГИ) и началу активной части кадра, (фиг.4а). К 20 этому моменту времени в блоке 4 записаны

k двоичные коды g> 0) соответственно по адресам.0, 1, 2... J... I, полученные в предыдущем цикле обработки, а в блок 8 блока 1 формирования гистограммы занесена нуле- 25 вая информация.

Импульсы КГИ подаются на информационный вход устройства (фиг.4а). В интервале 1 сигнал на информационном входе запрещает работу формирователя 6 адре- 30 сов, что приводит к работе блока 4 в режиме чтения, а блока 1 — в режиме формирования гистограммы. Этот же сигнал на входе устройства переключает мультиплексор 3 на передачу информации от АЦП 2 к блокам 1, 35

4. Тактирующие импульсы (ТИ) подаются на тактовый вход устроиства в виде пачек импульсов (фиг.4б). Период ТИ внутри пачки равен периоду элементов иэображения во входном видеосигнале, а число ТИ в пачке 40 ограничивается интервалом t«активной части строки. Входной видеосигнал (фиг.4ч) дискретизируется во времени и квантуется по амплитуде с помощью АЦП 2 на 1 -1 уровень. Каждому ТИ на входе устройства 45 (фиг.4г) соответствует двоичный код отсчета

tI; на выходе АЦП 2, определяемыи амплитудой Ui входного видеосигнала, где i = 1, 2, 3... I, I — число отсчетов в интервале tac. Через мультиплексор 3 двоичные коды 1 (фиг.4д) 50 подаются на адресный вход блока 4, с выхода которого двоичные коды gi * значений уровней выходного видеосигнала в соответствии с табл. 1 (фиг.4е) поступают на ЦАП 5, ТИ подаются на вход блока 1 формирования гистограммы (фиг.2, фиг.5а). а двоичные коФ ды fii с выхода мультиплексора 3 — на адресный вход блока 8 (фиг.2, фиг.5б). Блок 8 имеет объем I+1 слов, каждое слово обеспечивает хранение двоичного кода максимального числа, равного N. Двоичный код fji на входе блока 8 интерпретируется как адрес, указывающий ячейку памяти, соответствующую j-му уровню квантования. При этом по адресу fi на выходе блока 8 устанавливается содержимое Lii этой ячейки (фиг,5в), имевшееся на момент прихода i-го импульса ТИ, которое заносится в первый параллельный регистр 9 импульсом с выхода первого элемента 11 задержки (фиг.5г), задержанным на время t > относительно ТИ на входе блока 1. Эта задержка необходима для обеспечения прохождения информации с выхода

АЦП 2 до входа блока 8 и иэ блока 8 до входа регистра 9. С выхода первого параллельного регистра 9 код LI< подается на первый информационный вход первого сумматора 10 (фиг.5д), на втором информационном входе которого установлен двоичный код числа

"единица". На выходе сумматора 10 устанавливается двоичный код суммы LIi+1, которая записывается в J-ю ячейку блока 8 импульсом записи с выхода второго элемента НЕ 15, задержанным относительно импульса записи в регистр 9 на величину

СЛ4 = тЛЗ + тзЛЗ. ГдЕ Сд, тЛЗ вЂ” ВЕЛИЧИНЫ задержек элементов 13 и 14 задержки соответственно (фиг.5е). Таким образом, каждое обращение к j-й ячейке блока 8 вызывает увеличение ее содержимого на единицу, то есть выполняется подсчет числа элементов в видеосигнале, имеющих j-й уровень. К концу интервала в блоке 8 оказываются записанными I+ 1 чисел ni (cM, также (3)) гистограмма уровней входного видеосигнала, Код иола "единица" на втором информационном входе первого сумматора 10 блока 1 образуется следующим образом.

По окончании предыдущего цикла триггер 20 формирователя 6 адресов в течение интервала t>K имеет уровень логической единицы на выходе, который поступает на младший разряд второго информационного входа первого сумматора 10. Этот же уровень, поступая на вход сброса первого параллельного регистра 9, разрешает запись в него величин Lik в интервале t><, а через третий элемент НЕ 17 удерживает второй параллельный регистр 18 в нулевом состоянии. После окончания интервала 1ак по фронту КГИ разрешается работа формирователя 6 адресов, который переводит блок 1

1635284

55 формирования гистограммы в режим считывания гистограммы и выполняет запись в блок 4 характеристики преобразования. В интервале тк уровень логической единицы на выходе триггера 20 (фиг,3) удерживает двоичный счетчик 23 в нулевом состоянии, а уровень логического нуля на первом выходе триггера 20 запрещает работу генератора

22 фазируемых импульсов. При поступлении фронта КГИ на вход формирователя 6 адресов (фиг,ба) триггер 20 опрокидывается, изменяя состояния на своих выходах на противоположные. Уровень логического нуля с выхода триггера 20 (фиг,бб) поступает в блок 1 формирования гистограммы и переводит первый параллельный регистр 9 в нулевое состояние, а также устанавливает в нуль младший разряд второго информационного входа первого сумматора 10. Уровень логического нуля на входе блока 1 через третий элемент НЕ 17 разрешает запись информации во второй параллельный регистр 18. Следствием опрокидывания триггера 20 по фронту КГИ является также разрешение работы двоичного счетчика 23 и генератора 22 фазируемых импульсов, который выдает счетные импульсы (фиг.бв). По фронту этих импульсов запускается формирователь 24 импульсов, который выдает импульсы ИЗПо, ИЗП1... ИЗП записи информации в блок 4 и в блок 1 формирования гистограммы (фиг,бг). К моменту прихода ИЗПо на адресном выходе формирователя б адресов установлен нулевой адрес (фиг,бд). В интервале времени

1кги (фиг.ба) мультиплексор 3 переключается на передачу информации с адресного выхода формирователя б адресов, При этом нулевой адрес с выхода формирователя б адресов поступает на вход блока 8, выбирается ячейка, в которой хранится двоичный код HF (О) (фиг.бе). Во втором сумматоре 19 происходит сложение Нр (О) с содержимым второго параллельного регистра 18, в котором имеется нулевая информация (фиг.бж).

На выходе второго сумматора 19 увеличивается сумма Ho = Нр (О)+О (фиг.би), которая поступает на адресный вход блока 7 значений уровней выходного видеосигнала, При этом из блока 7 считывается код 9к (О) значения уровня выходного видеосигнала устройства, определяемого по табл. 2 в соответствии с кодом Но (фиг,бк), 9к*(0) заносится в блок 4 импульсом ИЗПо(фиг.бг) по нулевому адресу, поступающему на адресный вход блока 4 с выхода мультиплексора

3, Счетные импульсы на выходе генератора

27, а следовательно, и импульсы записи на выходе формирователя 24 импульсов начинают формироваться с задержкой f>

45 деляемый элементом 21 задержки относительно момента опрокидывания триггера 20 по фронту КГИ. Это необходимо для компенсации задержек срабатывания мультиплексора 3, блока 8, второго сумматора 19, блока

7, Через интервал времени t3pg, определяемый вторым элементом 13 задержки и необходимый для записи кода gp (О) в блок 4, двоичный код Но с выхода второго сумматора 19 заносится во второй параллельный регистр 18 импульсом с выхода второго элемента 13 задержки (фиг.бд). Через интервал времени дз, определяемый третьим элементом 14 задержки и необходимый для записи информации в регистр 18, в блок 8 вместо Нг (О) записывается нулевая информация с выхода первого сумматора 10 импульсом записи зс выхода элемента WE 15 (фиг.бм), Нулевая информация на выходе сумматора 10 определяется нулевой информацией на его входах. Далее по спаду счетного импульса содержимое двоичного счетчика 23 увеличивается на единицу и нэ адресные входы блока 4 и блока 8 поступает следующий адрес =- 1 (фиг,бд). При этом из блока 8 считывается двоичный код Нг*(1) (фиг,бе). На выходе второго сумматора 19 образуется сумма Н1* = Но*+ Нг (1)(фиг.би), которой на выходе блока 7 соответствует двоичныи код gk (1) (фиг.бк), записываемый в блок 4 импульсом ИЗП1 (фиг,бг), и т.д, После прохождения в двоичный счетчик 23 спада 1-го счетного импульса триггер 20 возвращается в исходное состояние импульсом с выхода переноса счетчика 23 (фиг.бн): работа формирователя 6 адресов прекращается. Длительность импульса на выходе триггера 20 (фиг.бб) равна времени tax< формирования характеристики преобразования. К концу интервала ty«блок 8 оказывается подготовленным к приему величин L k в течение последующего интервала ta<, так как во все ячейки памяти блока

8 занесена нулевая информация.

Характеристика преобразования. то есть формирование в блоке 4 табл. 1, получается с использованием гистограммы уровней входного видеосигнала предыдущего кадра и используется для обработки видеосигнала в следующем кадре. Это возможно из-эа наличия сильных корреляционных связей между соседними кадрами телевизионного иэображения, После окончания интервала фхл (фиг.бб) по спаду КГИ (фиг.ба) начинается описанный выше процесс преобразования входного видеосигнала н выходной и формирование гистограммы (фиг,4, 5).

1635284

Таблица1

Таблица 2

Рог.2

1б35284

5

Формула изобретения

1, Устройство обработки видеосигнала, содержащее блок формирования гистограммы и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП). вход которого является информационным входом устройства обработки видеосигнала, мультиплексор, блок оперативной памяти и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП),отличающееся тем,что,сцелью повышения быстродействия обработки видеосигнала путем сокращения времени формирования характеристики преобразования входного видеосигнала, введены формирователь адресов, адресный выход которого соединен с информационным входом мультиплексора, а выходы сигналов сброса и записи соединены с соответствующими входами блока формирования гистограммы, и блок постоянной памяти значений уровней выходного видеосигнала, адресный вход которого соединен с выходом блока формирования гистограммы, а вход соединен с информационным входом блока оперативной памяти, вход записи которого соединен с соответствующим входом блока формирования гистограммы, адресный вход которого соединен с выходом мультиплексора, управляющий вход которого соединен с входом формирователя адресов и является входом кадровых гасящих импульсов устройства обработки видеосигнала, тактовый вход которого является тактовым входом

АЦП, ЦАП и блока формирования гистограммы, 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок формирования гистограммы содержит последовательно соединенные блок оперативной памяти, вход которого является адресным входом блока формирования гистограммы, первый параллельный регистр, первый сумматор, выход которого соединен с информационным входом блока оперативной памяти, младший разряд второго информационного входа соединен с входом сброса первого параллельного регистра и является входом сброса блока формирования гистограммы, э остальные разряды второго информационного входа первого сумматора соединены с общей шиной, последовательно соединенные первый элемент задержки, вход которого является входом тактовых импульсов блока формирования гистограммы, элемент ИЛИ, к другому входу которого подключен вход записи блока формирования гистограммы через первый элемент НЕ, второй элемент задержки, третий элемент задержки и второй элемент НЕ, выход которого соединен с входом записи блока оперативной памяти, выход которого соединен также с первым входом второго сумматора, к второму входу которого подключен вход сброса блока формиоования гистограммы через последовательно соединенные третий элемент НЕ и второй параллельный регистр, информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора и является выходом блока формирования гистограммы, IlpM этом синхронизирующий вход второго параллельного регистра соединен с выходом второго элемента задержки, а синхронизирующий вход первого параллельного регистра соединен с выходом первого элемента задержки.

3. Устройство по и. 1, о тл и ч а ю щеес я тем, что формирователь адресов содержит последовательно соединенные триггер, первый вход которого является управляющим входом формирователя адресов. элемент задержки, генератор фазируемых импульсов и двоичный счетчик, емкость которого равна числу уровней квантования

АЦП, выход разрядов двоичного счетчика является адресным выходом формирователя адресов, а выход переноса соединен с вторым входом триггера, второй выход которого соединен с входом сброса двоичного счетчика и является выходом сигнала сброса формирователя адресов, выход сигнала записи которого является выходом формирователя импульсов, к входу которого подключен выход генератора фэзируемых импульсов.

1635284

1635284

1635284

ЩгБ

Редактор А. Маковская

Заказ 762 Тираж 396 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Составитель И. Грацианская

Техред М.Моргентал Кор ректор С. Шекмар