DE68919098T2 - Schaltung zur Einstellung der Bildqualität mit einem FIR-Filter zur digitalen Verarbeitung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zum Einstellen der Bildqualität nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Eine Schaltung dieser Art ist aus der EP-A-0 167 387 bekannt.
• Die bekannte Schaltung sorgt für die Beseitigung von Rauschen ohne Beeinträchtigung der Bildqualität, und sie enthält ein Filter mit unendlicher Impulsantwort welches allerdings nicht weiter im Detail dargestellt ist.
• NHK LABORATORIES NOTE, Nr. 311, Jan. '85, Seiten 1-15, K. Okada "A digital contour-corrector for a high-definition TV camera" offenbart ein Hochpaßfilter ohne Phasenverzerrung als Konrur-Korrigierer. Korrektur ist nur für eine einzige Farbe möglich.
• Grundsätzlich betont ein Kontur-Kompensator die Kontur eines Videobildes, und eine Rauschbeseitigungsschaltung reduziert eine Rauschkomponente, die in einem Videosignal enthalten ist (GB-A-2 067 045).
• Der Kontur-Kompensator steuert die Verstärkung eines Signals mit einer Frequenz von ca 1 bis 2 Mhz, welches für das Sehen von Menschen am meisten empfindlich ist, um die Kontur eines Bildes hervorzuheben. Ein Beispiel des Kontur-Kompensators besitzt eine erste und eine zweite Differenzierschaltung zum Bilden einer Sekundär-Differential-Wellenform aus einem Eingangssignal und eine Verzögerungsschaltung zum Verzögern des Eingangssignals. Der Ausgang der zweiten Differenzierschaltung wird von einem Negator invertiert und das invertierte Signal wird auf das verzögerte Eingangssignal addiert, um dadurch ein in der Kontur kompensiertes Signal zu erhalten.
• Ein Beispiel für die Rauschbeseitigungsschaltung besitzt ein Hochpaßfilter zum Extrahieren der hochfrequenten Komponente aus einem Eingangssignal, einen Begrenzer zum Extrahieren eines Rauschanteils durch Begrenzen des Pegels des Filterausgangs, und eine Verzögerungsschaltung zum Verzögern des Eingangssignals. Die Rausch-Komponente von dem Begrenzer wird von einem Negator invertiert, und das erhaltene Signal wird auf das verzögerte Eingangssignal addiert, um so ein Signal zu erhalten, bei dem der Rauschanteil eliminiert ist.
• Der oben erläuterte herkömmliche Kontur-Kompensator wird durch eine Analogschaltung gebildet. Die von dem Kontur-Kompensator erhaltene Sekundär-Differential-Wellenform kann daher beispielsweise eine Störschwingung enthalten, so daß eine genau Kontur- Kompensation nicht erfolgen kann. Da die Kontur-Kompensation nur bezüglich des Leuchtdichte- (Y-) Signals erfolgt, um das Farb- (C-) Signal zu schützen, ist es notwendig den Kontur-Kompensator in der einem Y/C-Separator nachfolgenden Stufe anzuordnen. Dies stellt eine Einschränkung der Entwurfsmöglichkeiten für die Schaltung dar.
• Außerdem erfordert die herkömmliche Bildqualität-Einstellschaltung die getrennte Anordnung von Kontur-Kompensator und Rauschbeseitigungsschaltung, so daß sich der gesamte Schaltungsaufbau vergrößert.
• Es ist folglich ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung zum Einstellen der Bildqualität anzugeben, wobei die Schaltung einen kompakten Aufbau hat, in der eine genaue Einstellung vorsehen ist, und wobei die Schaltung im wesentlichen frei von Schaltungsentwurfs-Beschränkungen ist.
• Eine erfindungsgemäße Schaltung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich bei der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm, das den Aufbau einer Bildqualität-Einstellschaltung gemäß einer Ausfiihrungsform der Erfindung darstellt;
• Fign. 2A bis 2E Diagramme von Signal-Wellenformen in individuellen Abschnitten der in Fig. 1 gezeigten Schaltung;
• Fig. 3 ein Diagramm, welches den Schaltungsaufbau eines FIR-Filters gemäß Fig. 1 veranschaulicht;
• Fig. 4 ein Diagramm, welches den Frequenzgang des in Fig. 3 gezeigten Filters darstellt;
• Fign. 5A bis 5C Diagramme, die zeigen, wie die Verstärkung für die Kontur-Kompensation und die Rauschbeseitigung durch externe Einstellung geändert werden; und
• Fig. 6 ein Diagramm eines speziellen Aufbaus der in Fig. 1 gezeigten Schaltung;
• Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
• Einem Eingang 21 wird ein Videosignal einer NTSC-Norm zugeführt, wobei es sich um ein als digitales Videosignal quantisiertes Signal gemäß Fig. 2A handelt. Wie sich aus diesem Diagramm ergibt, enthält das Videosignal als Hochfrequenz-Komponente einen Rauschanteil. Das Videosignal wird einem FIR-Filter 22 zur Extrahierung der hochfrequenten Komponente und einer Verzögerungsschaltung 23 zugeführt. Diese Verzögerungsschaltung 23 dient zur zeitlichen Anpassung der Zeitpunkte, zu denen das quantisierte Videosignal auf ein Kontur-Kompensationssignal und ein Rausch-Beseitigungssignal addiert wird (letztere zwei Signale werden noch beschrieben).
• Fig. 2B zeigt die Ausgangswellenform des FIR-Filters, dessen Aufbau im folgenden näher erläutert wird. Aus dem Diagramm läßt sich entnehmen, daß das Ausgangssignal des FIR- Filters 22 eine invertierte Rauschkomponente und eine Sekundär-Differential-Wellenform- Komponente enthält. Letztere Wellenformkomponente dient zur Hervorhebung der Kontur eines Bildes. Der Ausgang des FIR-Filters 22 geht auf einen Begrenzer 24 sowie auf einen Slicer 26. Die Ausgangssignale des Begrenzers 24 und des Slicers 26 werden auf Multiplizierer 25 bzw. 27 gegeben, welche als Verstärker für die Verstärkungseinstellung dieser Ausgangssignale dienen. Die Verstärkungseinstellung läßt sich extern mit Hilfe veränderlicher Widerstände 30 und 31 etc. vornehmen.
• Der Begrenzer 24 begrenzt das Ausgangssignal des FIR-Filters 22 mit einem vorbestimmten Begrenzungspegel und gibt ein Signal mit einer Wellenform gemäß Fig. 2C aus. Dieses Ausgangssignal wird als Rauschanteil betrachtet und dient als Rauschbeseitigungssignal. Der Slicer 26 beschneidet das Ausgangssignal des FIR-Filters 22 mit einem vorbestimmten Slice-Pegel und gibt ein Signal mit einer Wellenform gemäß Fig. 2D aus. Diese Wellenform ist eine Sekundär-Differential-Wellenform und dient als Kontur-Kompensationssignal. Diese Ausgangssignale des Begrenzers 24 und des Slicers 26 werden auf einen Addierer 28 gegeben, wo sie auf das quantisierte Videosignal, welches durch die Verzögerungsschaltung 23 verzögert wurde (Fig. 2A), addiert werden. Der Addierer 28 liefert ein Signal (siehe Fig. 2E), welches einer Kontur-Kompensation unterzogen ist und die Rauschkomponente nicht enthält. Das Ausgangssignal des Addierers 28 wird auf einen Ausgangsanschluß 29 gegeben.
• Fig. 3 veranschaulicht den Schaltungsaufbau des FIR-Filters 22. Das quantisierte Videosignal, welches einem Eingangsanschluß 220 zugeführt wird, gelangt an einen Verzögerungsabschnitt 221, welcher durch mehrere in Reihe geschaltete Verzögerungselemente gebildet wird. Das Ausgangssignal des Verzögerungsabschnitts 221 wird einem weiteren Verzögerungsabschnitt 222 zugeleitet, der den gleichen Aufbau wie der vorausgehende Verzögerungsabschnitt 221 aufweist. Das Signal am Eingangsanschluß 220, das Ausgangssignal des Verzögerungsabschnitts 221 und das Ausgangssignal des Verzögerungsabschnitts 222 werden zur Verstärkungseinstellung Koeffizienten-Multiplizierern 223, 224 bzw. 225 zugeführt. Die eingestellten Signale werden dann einem Addierer 226 zugeführt und dort addiert. Folglich besitzt das Ausgangssignal des Addierers 226 die in Fig. 2B gezeigte Wellenform. Die einzelnen Verzögerungselemente der Verzögerungsabschnitte 221 und 222 werden von einem Taktimpuls von 4 fsc (fsc: Frequenz des Farbhilfsträgersignals) angesteuert.
• Wie in Fig. 4 gezeigt ist, besitzt der Frequenzgang des FIR-Filters 22 eine Kerb-Charakteristik bei 3,58 Mhz, dem Frequenzband eines chromatischen Signals. Folglich ist die Verstärkung für diese spezielle Frequenz verringert, so daß keine Komponente des chromatischen Signals von dem FIR-Filter 22 ausgegeben wird. Aus Fig. 4 sollte allerdings ersichtlich sein, daß eine Signalkomponente mit einer Frequenz von etwa 1 bis 2 Mhz von dem FIR-Filter 22 abgegeben wird.
• Deshalb liefert erfindungsgemäß die effektive Nutzung der Kennlinie des FIR-Filters 22 eine Sekundär-Differential-Wellenform ohne gedämpfte Schwingung und mithin ein exaktes Kontur-Kompensationssignal. Da die vorliegende Schaltung durch eine digitale Schaltung gebildet wird, ist sie nicht empfindlich für eine Temperaturänderung und ist deshalb im Stande, ein stabiles Kompensationssignal zur Verfügung zu stellen. Aufgrund der ausgeprägten Kerb-Kennlinie des FIR-Filters 22 ist im Gegensatz zum Stand der Technik die Lage des Filters 22 nicht beschränkt auf die Nachfolgestufe eines Y/C-Separierabschnitts. Dies gibt dem Schaltungsentwurf verstärkte Flexibilität.
• Die mit der Kontur-Kompensation verbundene Signalkomponente ist eine Frequenzkomponente, die Menschen visuell erfassen können. Wenn diese Frequenzkomponente daher einen Rauschanteil enthalten sollte, würde dies die Bildqualität sicherlich beeinflußen. Erfindungsgemäß kann die Verwendung des FIR-Filters 22 nicht nur die Kontur-Kompensation realisieren sondern kann außerdem eine Rauschkomponente beseitigen.
• Außerdem kann das FIR-Filter erfindungsgemäß als einzelne Schaltung gemeinsam von der Rauschbeseitigungsschaltung und dem Kontur-Kompensator benutzt werden, während im Stand der Technik hierfür separate Verarbeitungsschaltungen erforderlich sind.
• Fig. 5A zeigt, wie der Pegel des Ausgangssignals des Slicers 26 für die Kontur-Kompensation durch externe Einstellung der Verstärkung des Verstärkers 27 gesteuert wird. In ähnlicher Weise zeigt Fig. 5B, wie der Pegel des Ausgangssignals des Begrenzers 24 zur Rauschbeseitigung durch externe Einstellung der Verstärkung des Verstärkers 25 gesteuert wird.
• Gemäß Fig. 5A wird das Verhältnis des Pegels des Eingangssignals zu demjenigen des Ausgangssignals in einem Slice-Pegelbereich, das heißt einem Bereich kleiner Eingangssignale, auf 1:1 gehalten. Für den Bereich außerhalb dieses Slice-Pegelbereichs wird die Verstärkung des Verstärkers 27 mit Hilfe eines veränderlichen Widerstandes 31 oder dergleichen extern eingestellt. Mit anderen Worten, je größer die Verstärkung, desto schärfer ist die zu betonende Kontur eines Bildes. Umgekehrt, je kleiner die Verstärkung, desto undeutlicher ist die zu betonende Kontur eines Bildes. Aus Fig. 5B ist ersichtlich, daß die Verstärkung zur Beseitigung der Rauschkomponente in einem begrenzten Pegelbereich verringert ist, daß jedoch das Verhältnis des Pegels des Eingangssignals zu dem des Ausgangssignals für den übrigen Bereich auf 1:1 gehalten wird. Folglich läßt sich eine allgemeine Kennlinie erhalten, wie sie in Fig. 5C gezeigt ist.
• Fig. 6 zeigt einen spezielleren Aufbau der Schaltung nach Fig. 1; die gleichen Bezugszeichen werden hier wie in dem ersten Diagramm dazu verwendet, identische oder entsprechende Elemente zu bezeichnen.
• Der Begrenzer 24 besitzt einen Begrenzungspegelgenerator 241 und einen Vergleicher 242, der den Begrenzungspegel vom Generator 241 mit dem Pegel des Ausgangssignals des FIR-Filters 22 vergleicht (siehe Fig. 2B). Ist das Ausgangssignal des FIR-Filters 22 kleiner als der Begrenzungspegel, so wird dieses Ausgangssignal selbst von einem Schalter 243 ausgewählt. Ist das Ausgangssignal des FIR-Filters 22 größer als der Begrenzungspegel, so wird hingegen der begrenzende Pegel ausgewählt. Das Signal mit dem ausgewählten Pegel wird von dem Verstärker 25 verstärkt welcher als Multiplizierer dient, um dann als Rauschbeseitigungssignal auf einen Addierer 281 gegeben zu werden.
• Der Slicer 26 enthält einen Slicepegelgenerator 261 und einen Vergleicher 262, der den Slicepegel vom Generator 261 mit dem Pegel des Ausgangssignals des FIR-Filters 22 vergleicht. Ist das Ausgangssignal des FIR-Filters 22 größer als der Slicepegel, so wird von einem Schalter 263 dieses Ausgangssignal selbst ausgewählt und einem Subtrahierer 264 zugeführt. Ist das Ausgangssignal des FIR-Filters 22 kleiner als der Slicepegel, wird letzterer ausgewählt. Der Slicepegel wird von dem Signal mit dem ausgewählten Pegel in dem Subtrahierer 264 subtrahiert, um ein Kontur-Kompensationssignal zu erhalten. Dieses Kompensationssignal wird in dem Addierer 281 auf das Rauschbeseitigungssignal addiert. Das erhaltene Signal wird dem Addierer 28 zugeführt, wo es auf das über die Verzögerungsschaltung 23 von dem FIR-Filter 22 kommende, quantisierte Videosignal addiert wird.
• Wie oben beschrieben, realisiert der Einsatz eines FIR-Filters eine Kontur-Kompensation und eine Rauschbeseitigung mit einer einzelnen Schaltung, so daß der gesamte Schaltungsaufbau kompakt wird. Außerdem kann der Einsatz des FIR-Filters im wesentlichen die Erzeugung einer Störschwingung eliminieren, so daß ein exaktes Kontur-Kompensationssignal gewonnen werden kann. Außerdem ist die Lage des Kontur-Kompensators nicht auf die Folgestufe eines Y/C-Separators beschränkt, was für die Auslegung der Schaltung günstig ist. Wegen des Einsatzes einer digitalen Schaltung wird außerdem die vorliegende Bildqualität-Einstellschaltung nicht durch eine Temperaturänderung beeinflußt und ist daher in hohem Maße zuverlässig.

Claims (7)

1. Schaltung zum Einstellen der Bildqualität durch Verarbeiten eines rauschbehafteten digitalen Videosignals, wobei die Schaltung aufweist:

eine digitale Filtereinrichtung (22) zum Empfangen des digitalen Videosignals und zum Extrahieren einer hochfrequenten Komponente aus diesem Signal, wozu die digitale Filtereinrichtung ein Filter (22) mit endlicher Impulsantwort aufweist, welches eine erste Verzögerungseinrichtung (221, 222), eine Koeffizienten-Mulitpliziereinrichtung (223, 224, 225) und eine erste Addiereinrichtung (226) umfaßt;

eine Wellenformereinrichtung (24, 26) zur Wellenformung der hochfrequenten Komponente, die von der digitalen Filtereinrichtung (22) extrahiert wurde;

eine zweite Verzögerungseinrichtung (23) zum Verzögern des digitalen Videosignals;

eine zweite Addiereinrichtung (28) zum Addieren des verzögerten digitalen Videosignals und der von der Wellenformereinrichtung (24, 26) wellengeformten hochfrequenten Komponente, um ein Signal mit eingestellter Bildqualität zu erhalten,

dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenformereinrichtung (24, 26) einen Begrenzer (24) enthält, der an den Ausgang der digitalen Filtereinrichtung (22) angeschlossen ist und das Ausgangssignal der digitalen Filtereinrichtung (22) unverändert ausgibt, wenn dieses unter einem Begrenzungspegel liegt, aber ein Signal entsprechend dem Begrenzungspegel ausgibt, wenn das Ausgangssignal der digitalen Filtereinrichtung (20) oberhalb des Begrenzungspegels liegt und daß die Wellenformereinrichtung (24, 26) außerdem einen Slicer (26) enthält, der an den Ausgang der digitalen Filtereinrichtung (22) angeschlossen ist und ein Signal mit Null-Pegel ausgibt, wenn sein Eingangssignal kleiner als der Slice-Pegel ist, im übrigen ein Signal ausgibt, welches abhängt von der Differenz zwischen seinem Eingangssignal und dem Slice-Pegel, wobei die Ausgänge des Begrenzers (24) und des Slicers (26) mit der zweiten Addiereinrichtung (28) gekoppelt sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verstärkereinrichtung (25, 27) zum Verstärken der hochfrequenten, von der Wellenformereinrichtung (24, 26) wellengeformten Komponente.

3. Schaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine veränderliche Widerstandseinrichtung (30, 31) für die externe Einstellung der Verstärkung der Verstärkereinrichtung (25, 27).

4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (22) mit endlicher Impulsantwort mehrere in Reihe geschaltete Verzögerungselemente (221, 222) und mehrere Koeffizienten-Multiplizierer (223 bis 225) aufweist.

5. Schaltung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (24) einen Vergleicher (242) zum Vergleichen der hochfrequenten Komponente mit dem Begrenzungspegel aufweist.

6. Schaltung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Slicer (26) einen Vergleicher (262) zum Vergleicher der hochfrequenten Komponente mit einem vorbestimmten Pegel aufweist.

7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Addiereinrichtung (28) zwei Addierer (28, 281) aufweist.