Устройство для формирования сигнала межкадровой разности

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и1938423 (Ü1) Дополнительное и авт, свид-ву (22) Заявлено 250680 (21)2945711/18-09 с присоединением заявки ¹ — . (23) Приоритет

Опубликовано 2306.82, Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 230682 (51)М Кл з

H 04 N 7/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий ($3) УДК 621. 397 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Д.А. Довжиков и A.Н. Кулик (71) Заявитель

Р (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА

МЕЖКАДРОВОИ РАЗНОСТИ

Изобретение относится к телевидению и может использоваться при построении астрономических телевизионных систем, предназначенных для наблюдения подвижных обьектов, например метеоров.

Известно устройство цифровой межкадровой обработки видеосигнала, содержащее телевизионную камеру, 10 выход которой соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом демультиплексора. Выходы демультиплексора соединены с соответствующими входами цифрового запоминающего устройства, предназначенного для задержки цифрового видеосигнала на время, 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 входом арифметического устройства, осуществляющего операцию вычитания, а другой вход этого устройства соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя. Таким образом, на ариф- З0 метическое устройство поступают одновременно видеосигналы предыдущего и текущего кадров и после их вычитания на выходе этого устройства образуется цифровой видеосигнал межкадровой разности. Выход арифметического устройства соединен с входом 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 емкостью запоминающего устройства, Большая емкость запоминающегo устройства в данной системе достигается путем соединения большого копичесва запоминающих устройств малой информационной емкости. Расширению динамического диапазона путем наращивания числа запоминающих устройств в этой системе препятствует резкое

938423

50 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- Ip 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 )5 которого соединен с выходом датчика телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью, а выход которого является выходом устройства (2(Однако это, устройство имеет огра- gp ниченный динамический диапазон и искажения, приводящие к появлению остаточного разностного сигнала при вычитании видеосигналов из неподвижного изображения. 25

Цель изобретения — уменьшение искажений сигнала,межкадровой разности.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для формирования сигнала межкадровой разности, содержащем 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- 45 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- 55 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 связью соединены с тактовыми выходами генератора управляющих импульсов.

Кроме того, блок кодирования содержит последовательно соединенные первый аналоговый переключатель, и-уровневый аналого-цифровой преобразователь, коммутируемый источник эталонных напряжений и второй аналоговый переключатель, причем управляющие входы первого и второго аналоговых переключателей являются управляющими входами блока, а первый и второй входы первого аналогового переключателя и соответствующие выходы второго аналогового переключателя являются соответственно первыми и вторыми входами и выходами блока.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг..2 — то же, блок кодирования.

Устройство содержит датчик 1 телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью (ПЗС), блок 2 кодирования, вычитатель 3, сумматор 4, дополнительный вычитатель 5, входной усилитель 6, блок 7 памяти на ПÇC, выходной усилитель 8, дополнительные входной усилитель 9, блок 16 памяти на приборах с зарядовой связью, выходной усилитель 11, генератор 12 управляющих импульсов, причем блок

2 кодирования состоит иэ первого аналогового переключателя 13, п-уровневого аналого-цифрового преобразователя 14, коммутируемого источника 15 эталонных напряжений,. второго аналогового переключателя 16.

Устройство работает следующим образом.

С выхода датчика 1 телевизионного сигнала на приборах с зарядовой связью аналоговый, дискретный во времени видеосигнал поэлементно посту" пает на один вход блока 2 кодирования, который осуществляет квантование каждого элемента видеосигнала на h уровней так, что напряжение любого . уровня в любом случае получается меньшим или равным напряжению соответствующего элемента полного видеосигнала. С первого выхода блока 2 кодирования квантованный видеосигнал поступает на неинвертирующий вход дополнительного вычитателя 5, который вычитает его иэ полного видеосигнала с выхода датчика 1 ° На выходе этого вычитателя 5 образуется раэностный видеосигнал, максимальное напряжение которого не превышает величину шага квантования.

Эти две составляющие полного видеосигнала (квантованный и раэностный видеосигналы) поступают на входы входных усилителей 6 и 9 соответственно. При этом, поскольку максимальное напряжение разностного видео938423 сигнала в и раз меньше максимального напряжения квантованного видеосигнала, входной усилитель 9 должен иметь в 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- 10 вается в блок 7 памяти, а разностный видеосигнал — в дополнительный блок 10 памяти. Эти блоки памяти на приборах с зарядовой связью осуществляют задержку видеосигналоВ i5 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 pere- 40 нерацию этого видеосигнала (т ° е. освобождение его от шумов и ис хаже ний) . Максимально 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 каждоro 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 задер- 60 жанный квантованный видеосигнал.

Этот видеосигнал поступает на один вход сумматора 4,на другой вход которого поступает задержанный разностны и видеосигнал с выхода выходного

4 6 усилителя 11. На выходе сумматора образуется сумма этих видеосигналов, т.е. полный видеосигнал, задержанный на время, равное длительности телевизионного кадра. Этот видеосигнал предыдущего кадра поступает с выхода сумматора 4 на инвертирующий вход вычитателя 3, а на другой его вход поступает видеосигнал текущего кадра с выхода датчика 1. В результате вычитания видеосигналов на выходе вычитателя 3 образуется видеосигнал межкадровой разности °

Устройство имеет три выхода. На первом выходе присутствует видеосигнал текущего кадра, на втором выходе — видеосигнал межкадровой разности, а на третьем выходе — видеосигнал предыдущего кадра. Первый и третий выходы могут быть использованы при необходимости просмотра изображения неподвижных объектов, а также в случае использования более сложного межкадрового кодирования с целью устранения избыточности информации телевизионного видеосигнала.

Синхронизация работы устройства, для формирования сигнала межкадровой разности осуществляется с помощью неуказанного на схеме синхрогенератора, который, кроме этого, обеспечивает все матрицы приборов с зарядовой связью требуемыми тактовыми напряжениями.

Блок 2 кодирования служит для квантования полного видеосигнала те. кущего кадра и регенерации квантованного видеосигнала предыдущего кадра. Благодаря этому, а также за счет усиления разностного видеосиг— нала во входном усилителе 9 в и раз, динамический диапазон этой части устройства расширяется, а искажения в формируемом видеосигнале снижаются в и раз, где n — число уровней квантования °

Определенная доля искажений может вноситься в видеосигнал за счет неточного совпадения эталонных уровней, используемых при квантовании полного видеосигнала, и эталонных уровней, используемых при регенерации квантованного видеосигнала. Для исключения этих искажений предлагается использовать и при квантовании и при регенерации одни и те же эталонные уровни, снимаемые с одной цепочки эталонных резисторов, и при этом для обеспечения синхронизации квантование каждого элемента полного видеосигнала производить в первую половину времени элемента, а регенерацию каждого элемента квантованного видеосигнала производить во вторую половину времени элемента.

Блок 2 кодирования работает следующим образом.

На первый вход аналогового перек5 лючателя 13 поступает полный видео938423 сигнал текущего кадра, а на второй вход - квантованный видеосигнал предыдуще го кадра. На импульсный вход а налогового 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- 1О нем положениях. Когда аналоговые переключатели 13 и 16 находятся в первом положении, видеосигнал с выхода камеры поступает через аналоговый переключатель 13 на вход и уРовневого аналого-цифрового преобразователя 14, который управляет работой коммутируемого источника 15 эталонных напряжений TSK что на его выходе устанавливается эталон и уро- 20 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 как уровень этого видеоСигнала в и раэ меньше уровней полного и квантованного видеосигналов, величина шумов и искажений, внесенных с этим сигналом, в и раз меньше. Остальные

3BBEfbH тракта ф рмирования видео- 55 сигнала не вносят заметных шумов и искажения, так как эти параметры у операционных усилителей и аналоговых переключателей, на основе которых построена схема, существенно выше, чем у блоков памяти на приборах с зарядовой связью.

Экспериментально установлена возможность расширения динамического диапазона тракта формирования видеосигнала в 8 раз, что соответ65 ствует расширению динамического диапазона всей передающей части телевизионной системы в 3-3,5 раза.

В случае использования более со вершенных блоков памяти на приборах с зарядовой связью расширение динамического диапазона может быть еще большим.

Применение предлагаемо ю 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 изобретения

1. 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 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

Фив.2

Составитель В. Маврин

Редактор Г. Ус Техред: М. Тепер Корректор В. Бутяга

Заказ 4482/80 Тираж 688 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 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 ич а ю щ е е с я тем, что блок кодирования содержит последовательно соединенные первый аналоговый переключатель, и уровневый аналого-цифровой преобразователь, коммутирующий 1О источник эталонных напряжений и второй аналоговый переключатель, причем управляющие входы первого и второго аналоговых переключателей являются управляющими входами блока, а первый и второй входы первого аналогового переключателя и соответствующие выходы второго аналогового переключателя являются соответственно первыми и,вторыми входами и выходами блока.

Источники информации, принятые во внимание при,экспертизе

1. Техника средств связи.-Сер. Техника телевидения, 1979, вып. 4(8), с. 40.

2. Патент США 9 3851096, кл. H 04 N 7/18, .1974 (прототип).