Способ формирования, контроля и приема телевизионного сигнала

 

Изобретение относится к системам передачи, анализа и контроля телевизионного видеосигнала и может быть применено в случаях, когда видеосигнал содержит фоновую и шумовую составляющие. Сущность изобретения выражается в совокупности операции, обеспечивающих выделение и накопление сигналов уровней "черного" и "белого" видеосигнала за N телевизионных полей путем N-кратного суммирования. Полученные усредненные сигналы после коррекции вводят в видеосигнал в зону строчного гасящего импульса. При приеме из видеосигнала выделяют усредненные сигналы и используют их в качестве опорных при контроле уровня шумов, при аналого-цифровом преобразовании и компьютерной обработке. Сформированные на основе строчных и кадровых синхроимпульсов сигналы стробирования обеспечивают возможность выделить уровни "черного" и "белого" из полного телевизионного видеосигнала, провести независимую обработку сигнала сюжетно-важной части изображения. 7 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к системам передачи, анализа и контроля телевизионного видеосигнала и может быть применено, в частности, для обработки сигналов малоконтрастных объектов, в случаях, когда видеосигнал содержит фоновую и шумовую составляющие.

Известно техническое решение EP 0382100 A 1, кл. H 04 N 5/202, H 04 N 9/69, в котором осуществляется определение принадлежности уровня входного сигнала к одному из диапазонов уровней, вычисление той области видеосигнала, внутри которой имеются все уровни, и обработки в соответствии с определенными нелинейными характеристиками сигналов, имеющих различные диапазоны уровней. В известном техническом решении заявка Франции 2607990, кл. Н 04 N 5/20, 1988, выделяются нижний и верхний граничные уровни амплитуды видеосигнала, сигналы, превышающие указанные уровни, замещаются средним значением видеосигнала, вычисленным по заданному алгоритму.

Наиболее близким является способ формирования видеосигнала, реализованный в схеме устройства автоматической регулировки усиления (АРУ) автоматической регулировки режима (АРР) прямого действия (Л. И. Хромов и др. Твердотельное телевидение. М. Радио и связь, 1986, с. 92 93). В указанном устройстве использованы пиковые детекторы со сбросом, причем уровень и амплитуду видеосигнала регулируют путем выделения с помощью пикового детектора "черного" сигнала минимума, с помощью пикового детектора "белого" сигнала максимума видеосигнала в каждом телевизионном поле, а нормализуют телевизионный видеосигнал вычитая схемой фиксации из видеосигнала сигнал минимума и усиливая управляемым аттенюатором видеосигнал до уровня сигнала максимума. Наличие в схеме устройства кадровых и строчных гасящих импульсов предполагает, что устройство может обеспечить формирование, передачу и контроль полного телевизионного видеосигнала.

Способ регулировки телевизионного видеосигнала с применением пиковых детекторов "черного" и "белого" позволяет эффективно увеличить динамический диапазон телевизионного видеосигнала только при высоком отношении сигнал / помеха, низком уровне шумов и при формировании видеосигнала от высококонтрастных объектов. При обработке малоконтрастных видеосигналов или видеосигналов, содержащих фоновую или шумовую составляющие, данный способ малоэффективен, так как пиковые детекторы будут выделять в каждом телевизионном поле сигналы уровней "черного" и "белого", искаженные шумовой составляющей, что неизбежно приведет к нестабильности формирования динамического диапазона. При обработке полного телевизионного видеосигнала пиковый детектор "черного" выделит сигнал уровня синхросмеси, а сигнал уровня "черного" будет утерян. Формирование динамического диапазона телевизионного видеосигнала в пределах каждого телевизионного поля приводит к ухудшению восприятия сюжетно-важных частей телевизионного изображения, особенно, когда телевизионный видеосигнал сюжетно-важной части изображения расположен вблизи уровней сигналов "черного" или "белого". При передаче телевизионного видеосигнала по каналу связи, при видеозаписи, при нестабильности рабочей температуры, напряжения питания, определение уровней "черного" и "белого" с применением детектирования телевизионного видеосигнала приводит к возникновению ошибок в формировании динамического диапазона из-за изменения условий детектирования.

В основу изобретения положены операции, позволяющие, во-первых, сократить влияние шумов, помех и других дестабилизирующих факторов на точность формирования динамического диапазона телевизионного видеосигнала, во-вторых, сформировать полный телевизионный видеосигнал таким образом, чтобы в самом видеосигнале, в каждой строке содержалась бы информация об уровнях "черного" и "белого", в-третьих, обеспечить возможность высококачественного наблюдения сюжетно-важной части изображения при сохранении динамического диапазона остальной части телевизионного видеосигнала и, в четвертых, обеспечить дополнительные функциональные возможности контроля, измерения и обработки телевизионного видеосигнала.

Сущность изобретения выражается в совокупности операций, обеспечивающих накопление сигналов уровней "черного" min и "белого" max за N телевизионных полей, путем N-кратного суммирования и масштабирования в N раз. Полученные усредненные сигналы уровней "черного" min 1 и "белого" max 1 изменяют таким образом, чтобы усредненный сигнал уровня min 2 был заведомо меньше, а усредненный сигнал уровня max 2 заведомо больше любого из уровней min и max соответственно. Выполнение указанных операций позволяет в значительной мере избежать влияния шумов и помех при формировании динамического диапазона, при этом, выбор сигналов уровней min 2 и max 2 в определенной степени защищает схему от проникновения импульсных помех. Операции введения в телевизионный видеосигнал в зону каждого строчного гасящего импульса, вне зоны строчного синхроимпульса импульсных сигналов амплитудой min 2 и max 2 позволяет зафиксировать сигналы уровней "черного" и "белого" и передать эти сигналы в составе полного телевизионного видеосигнала.

Операция формирования сигнала запрета определения сигналов min и max в момент прохождения строчных и кадровых гасящих импульсов позволяет производить обработку полного телевизионного видеосигнала с надежным выделением сигнала min. Операции, связанные с формированием строчного и кадрового сигналов стробирования позволяют выполнить независимую обработку сюжетно-важной части изображения, путем, например, увеличения или уменьшения числа суммирований сигналов локального минимума min 3 и максимума max 3 внутри сигналов стробирования, при этом полученные сигналы усредненного минимума min 4 и усредненного максимума max 4, управляющие нормализацией видеосигнала в указанной зоне, могут существенно повысить различимость деталей сюжетно-важной части изображения. При электроннооптическом преобразовании полного телевизионного видеосигнала сигналы усредненного минимума min 4 или усредненного максимума max 4 могут быть заменены на произвольные сигналы min 5 и max 5, обеспечивающие наилучшую визуальную различимость сюжетно-важной части изображения. Наличие в полном телевизионном видеосигнале импульсных сигналов амплитудой min 2 и max 2 позволяет реализовать операции контроля и измерения уровня шумов и импульсных помех в полном телевизионном видеосигнале: сравнивание упомянутых сигналов с текущими значениями min и max обеспечивает возможность контроля за уровнем шумов, а анализ шумов при прохождении сигналов min 2 и max 2 определить уровень шумов, возникших при преобразовании полного телевизионного видеосигнала, например, при видеозаписи или при передаче по каналу связи. Кроме того, сигналы min 2 и max 2 могут быть использованы для формирования динамического диапазона аналого-цифрового преобразователя, формирующего двоичный эквивалент информационной части полного телевизионного видеосигнала, эти же сигналы могут быть использованы в качестве сигналов прерывания программы при компьютерной обработке.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства, реализующего преложенный способ; на фиг. 2 эпюры напряжений в отдельных точках устройства при формировании полного телевизионного видеосигнала; на фиг. 3 то же при выделении и обработке полного телевизионного видеосигнала.

Устройство, реализующее способ формирования, контроля и приема телевизионного сигнала содержит: фотоэлектрический преобразователь 1, синхрогенератор 2, блок 3 формирования полного телевизионного видеосигнала, первый блок 4 выделения сигнала минимума, первый блок 5 выделения сигнала максимума, блок 6 введения вспомогательных сигналов, блок 7 усреднения сигнала минимума, блок 8 усреднения сигнала максимума, первый блок 9 формирования вспомогательного сигнала, второй блок 10 формирования вспомогательного сигнала, канал 11 связи, блок 12 выделения синхроимпульсов, первый блок 13 формирования окна, второй блок 14 формирования окна, второй блок 15 выделения минимума, второй блок 16 выделения максимума, блок 17 выделения вспомогательных сигналов, блок 18 обработки видеосигнала, блок 19 управления, блок 20 усреднения сигнала минимума в стробе, блок 21 усреднения сигнала максимума в стробе и видеоконтрольный блок 22.

Устройство работает следующим образом. Световой поток от объекта наблюдения поступает на мишень фотоэлектрического преобразователя 1 и, после соответствующих преобразований в электрический сигнал, фиг. 2 а, на вход блока 3 формирования полного телевизионного видеосигнала. Блоки 1 и 3 убавляются синхрогенератором 2, который также формирует сигналы сброса для блоков 4 и 5 выделения минимума и максимума. Блоки 4 и 5 выполнены по схеме пикового детектора со сбросом, причем сброс информации осуществляется в каждом телевизионном поле кадровыми синхроимпульсами КСИ, фиг. 2 б. С выходов блоков 4 и 5, выделения максимума и минимума, фиг. 2 в и фиг. 2 г, информация о динамическом диапазоне сигнала с блока 1, обновляемая каждое телевизионное поле, поступает на блоки 7 и 8 усреднения, где происходит суммирование сигналов минимума и максимума за N телевизионных полей. Блок 7 и блок 8 содержит по N схем выборки-хранения, каждая из которых подключена к соответствующему входу N-входового сумматора. Блоки 7 и 8 убавляются от кольцевых счетчиков-делителей на N (может быть один общий счетчик-делитель для блоков 7 и 8), поочередно подключающих схемы выборки-хранения к блокам 4 и 5. Усредненные в блоках 7 и 8 сигналы уровней min 1 и max 1 поступают на блоки 9 и 10 формирования вспомогательных сигналов, где уровень сигналов доводится до значений min 2 и max 2, а их длительность и положение формируется таким образом, чтобы сигналы min 2 и max 2 были расположены на каждой строчной гасящей площадке, фиг. 2 д. Нормирование видеосигнала и введение вспомогательных сигналов осуществляется в блоке 6 введения вспомогательных сигналов. С выхода блока 6 полный телевизионный видеосигнал подается в канал 11 связи, в качестве которого может выступать как, собственно, канал связи, так и другие устройства, преобразующие полный телевизионный видеосигнал, например, видеомагнитофон, аналого-цифровой преобразователь и т.д. В данном случае важно, что канал 6 связи вносит в полный телевизионный видеосигнал свои специфические шумы, помехи и искажения, контролировать или устранять которые должно данное устройство. С канала 11 связи полный телевизионный видеосигнал, фиг. 3 а, поступает на блок 12 выделения синхроимпульсов, где от полного телевизионного видеосигнала отделяются строчные и кадровые синхроимпульсы, формируются строчные и кадровые гасящие импульсы, поступающие вместе с полным телевизионным видеосигналом на первый и второй блоки 13 и 14 формирования окна. В блоках 13 и 14 формируются строчные и кадровые сигналы синхронизации и сигналы стробирования сюжетно-важной части изображения, фиг. 3б и фиг. 3в. Во вторых блоках 15 и 16 выделения минимума и максимума определяются сигналы min 3 и max 3, сигналы усредненного минимума min 4 и максимума max 4. Сигналы с выходов блоков 15 и 16 поступают на вход блока 19 управления и далее на видеоконтрольный блок 20. На входы блока 19 управления также поступают строчные и кадровые гасящие импульсы, запрещающие выделение сигналов, аналогичных сигналам min и max, детектируемых в блоках 4 и 5. (Блоки, функциональное назначение и структура которых тождественна блокам 4, 5, 7, 8, передающей части устройства на фиг. 1 не показаны). Полный телевизионный видеосигнал, строчные и кадровые синхроимпульсы поступают также на вход блока 17 выделения вспомогательных сигналов, в котором выделяются сигналы амплитудой min 2 и max 2. Эти сигналы используются в блоке 18 обработки для формирования динамической шкалы аналого-цифрового преобразователя, для формирования сигналов прерываний программы компьютера, для оценки уровня шумов и помех в канале связи или при видеозаписи и т.д. Структура блока 18 обработки зависит от его функционального назначения и, в общем виде, представляет собой блок анализа формы, амплитуды или уровня шумов полного телевизионного видеосигнала в зоне расположения вспомогательного сигнала. В блоке 19 управления сигнал усредненного минимума min 4 заменяются на сигнал min 5, фиг. 3д, произвольно выбираемым оператором, с учетом наилучшей различимости объекта наблюдения на экране видеоконтрольного блока 20. Аналогичным образом оператором может быть изменен сигнал max4 на сигнал max5.

Формула изобретения

1. Способ формирования, контроля и приема телевизионного сигнала, заключающийся в том, что формируют телевизионный виделсигнал, нормируют амплитуду телевизионного видеосигнала путем определения сигналов минимума (min) и максимума (max) телевизионного видеосигнала и каждом телевизионном поле, вычитания из телевизионного видеосигнла сигнала min и усиления телевизионного видеосигнала до уровня max, формируют полный телевизионный видеосигнал путем введения в нормированный видеосигнал гасящих и синхронизирующих импульсов, передают полный телевизионный видеосигнал и контролируют полный телевизионный видеосигнал при приеме, отличающийся тем, что при нормировании амплитуды видеосигнала, сигналы уровней min и max усредняют за N полей путем N-кратного суммирования и масштабирования в N раз, полученные усредненные сигналы уровней min₁ и max₁ изменяют таким образом, чтобы измененный сигнал уровня min₂ был заведомо меньше, а измененный сигнал уровня max₂ заведомо больше любого из уровней min и max соответственно, сигналами min₂ и max₂ нормируют видеосигнал, формируют импульсные сигналы амплитудой min₂ и max₂ с частотой строчных синхронизирующих импульсов, в зону каждого строчного гасящего импульса, вне зоны строчного синхронизирующего импульса вводят импульсный сигнал амплитудой min₂ и импульсный сигнал амплитудной max₂.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что из сформированного полного телевизионного видеосигнала выделяют строчные и кадровые синхронизирующие импульсы, на основе которых формируют строчные и кадровые управляющие импульсы, которыми запрещают определение сигналов min и max в моменты прохождения строчных и кадровых гасящих и синхронизирующих импульсов.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на основе выделенных строчных и кадровых синхронизирующих импульсов формируют строчные и кадровые сигналы стробирования сюжетноважной части изображения, причем левая и правая части сюжетно-важной части изображения соответствуют переднему и заднему фронтам строчного сигнала стробирования, а верхняя и нижняя части сюжетно-важной части изображения соответствуют переднему и заднему фронтам кадрового сигнала стробирования, в каждом телевизионном поле определяют сигнал локального минимума min₃ и сигнал локального максимума max₃ внутри действия сигналов стробирования, производят M ≥ N усреднений с получением сигналов усредненого минимума min₄ и усредненного масимума max₄ и осуществляют нормирование видеосигнала внутри действия сигналов стробирования по сигналам min₄ и max₄.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что в процессе контроля полного телевизионного видеосигнала сравнивают сигналоы уровней min и max соответственно с сигналами уровней min₂ и max₂, при этом за контрольный уровень шумов принимают максимальнуб величину разности 5. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что при приеме полного телевизионного видеосигнала, заключающемся, например, в видеозаписи с последующим воспроизведением или при приеме полного телевизионного видеосигнала с канала связи, выделяют сигналы min₂ и max₂ и определяют контрольный уровень шумов телевизионного видеосигнала путем квадратичного детектирования переменных составляющих, выделенных из сигналов min₂ или max₂.

6. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что при приеме полного телевизионного видеосигнала с последующим воспроизведением на экране видеоконтрольного блока, заменяют сигнал усредненного минимума min₄ на произвольно выбранный сигнал минимума min₅ или сигнал усредненного максимума max₄ на произвольно выбранный сигнал максимума max₅ или одновременно заменяют сигналы min₄ и max₄ на сигналы min₅ и max₅.

7. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что при приеме полного телевизионного видеосигнала и его преобразовании в цифровой код, из полного телевизионного видеосигнала выделяют сигналы уровней min₂ и max₂ и используют эти сигналы при формировании динамического диапазона аналого-цифрового преобразователя.

8. Способ по пп.1 3 и 7, отличающийся тем, что при компьютерной обработке полного телевизионного сигнала, преобразованного в цифровой код, выделенные сигналы уровней min₂ и max₂ используют в качестве сигналов прерывания для получения опорных констант при последующей компьютерной обработке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3