CN1041684C

CN1041684C - 有自动对比度控制的彩色电视非线性用户对比度控制设备

Info

Publication number: CN1041684C
Application number: CN93107597A
Authority: CN
Inventors: T·D·古尔利; W·A·拉戈尼
Original assignee: Thomson Consumer Electronics Inc
Current assignee: Technicolor USA Inc
Priority date: 1992-05-22
Filing date: 1993-05-21
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2013-05-21
Also published as: TR27365A; US5317400A; CN1082291A; KR930024476A; EP0570874B1; JPH0698279A; MX9303015A; KR100275225B1; MY108713A; DE69331076T2; JP3563088B2; SG67305A1; EP0570874A1; DE69331076D1

Abstract

一个视频信号处理系统具有一个自动对比度控制反馈环路(41)，用于限制控制对比度的范围，该系统包括一个非线性对比度控制部件(81)。一个非线性对比度控制电压(V₄)作为用户控制置位(PS)的函数产生，用以扩展用户能够控制对比度的范围。

Description

有自动对比度控制的彩色电视非线性用户对比度控制设备

本发明涉及一种用于控制电视接收机或监视器的对比度的设备，特别涉及用于扩展具有自动对比度控制能力的电视接收机的用户对比度控制范围的电路。

在现代电视系统中，自动控制再现的图象的对比度和亮度是公知的，例如，在题为“含有自动对比度和‘白展宽’处理部分的动态视频系统”的5003394号美国专利公报中描述了—种具有自动对比度控制以防止“白点散焦”的电视系统。自动对比度控制〔也称为“自动图象”(AutoPix)，此处Pix是Picture的缩写〕防止了由于散焦而在高亮度(白)区域中的细节清晰度损失。而在信号峰值低于散焦峰值时能够保持高对比度(因而有高主观亮度)图象。

在图1中示出了用于现代电视系统的自动对比度控制电路。为了便于说明，图1中只示出了认为对讨论本发明有关的那些电视系统部分。

参看图1，其中示出了分别耦合到画中画(PIP)处理器5的主视频输入1和辅助视频输入3，PIP处理器5也受接收机控制器7控制。PIP处理器5向亮度电路9和色度电路11提供信号(C和Y)。亮度电路9和色度电路11的输出信号分别加到一个矩阵10，矩阵10的输出红(r)，兰(b)和绿(g)彩色信号，并将这些信号加到一个对比度控制级13r，13b和13g的各个输入端。对比度控制级(例如13r，13b和13g)响应于红(r)，兰(b)和绿(g)彩色信号，而其输出加到亮度控制级(例如15r，15b和15g)，亮度控制级的输出通过激励器(例如17r，17b和17g)加到显象管(例如19)。

自动对比度控制装置包括一个组合器电路47，用以从亮度级的输出信号中得到一个“组合的”信号(例如SUMY)。此处所用的以及在权利要求中所附加的组合信号(即SUMY)表示所显示图象的亮度分量。然后通过自动对比度控制电路41对组合信号SUMY进行处理。自动对比度控制电路41包括—个峰值检测器49和一个比较器50的输出通过一个缓冲器51反馈到电视系统对比度控制级(13r，13b和13g)的控制输入端13。包括峰值检波器49，比较器50和缓冲器51的自动对比度控制环路41确定耦合在组合器电路47的输出(端点14)和对比度控制级的输入控制端(端点13)之间的反馈环路，它确定对比度控制级的闭环增益。对比度控制级(13r，1g和13b)的开环增益部分地由受接受机控制单元7驱动的用户对比度控制单元60决定。

对比度控制单元60包括一个共同的控制微处理器63，一个缓冲放大器65和一个低通滤波器67。微处理器63用于控制各种功能，例如峰化，对比度及亮度。在微处理器63和以N63表示的一个开关元件的控制下，产生脉冲信号(PS)及其逻辑分量PSN。脉冲信号PS和PSN包括被脉宽调制(PWN)以表示用户对比度控制置位，并被确定和称作用户控制级的脉冲。信号PSN(PS的逻辑分量)在微处理器63的节点29产生并被加到缓冲放大器65的输入端。

放大器65响应脉宽调制脉冲信号(PSN)并在其输出节点75产生经放大和缓冲的脉宽调制输出脉冲(相位与PS信号相同)，然后该输出脉冲加到低通滤波器67的输入端。由串联连接的电阻R₇和并联连接的电容C1表示的滤波器67对放大器65产生的脉宽调制信号进行滤波，以在节点670产生—个DC用户对比度控制电压(VC)，该电压加至端点13。

在图1所示的装置中，一个自动射束电流限制器52也耦合至端点13。因此，低通滤波器67的电容C1就由电路60，52和41共同以便对由用户对比度控制单元60，自动射束电流限制器52以及自动对比度控制单元42产生的各个控制电压进行滤波和存贮。因此跨越C1的控制电压(Vc)是由控制单元60，52及41产生的各个控制电压的组合。

对于所示的实施例，假设增加的直流(DC)对比度控制电压(Vc)对应于增加的增益，因而对应于增加的对比度，还假设降低的DC对比度控制电压(Vc)对应于降低的增益和对比度〔这对应于已处理的亮度输出信号(SUMY)的白走向部分为正上升的另一个假设〕。

如图1所示，自动对比度控制单元41包括一个峰值检测器49，它检测经处理的亮度输出信号SUMY的白上升部分的峰值。白峰值检测器49的输出电压耦合到比较器50。峰值检测器49和比较器50被设置为：在峰值超过一个预定的基准电压时，降低作为亮度输出信号峰值幅度的函数的对比度控制电压。

图1电视系统的问题是：对于某些信号，自动对比度控制反馈环路限制了对比度控制可能变化的范围。这种限制的一个缺点是：由于自动对比度控制是一个相对新的特征，则一个打算调节对比度的用户可能因为不能使对比度以通常的方式变化而认为电视机有毛病。

限制的范围可以通过参考表示端点14处的SUMY输出信号的图2曲线来更好地理解。在图2中，纵座标(Y轴)表示图中中端点14处产生的视频输出电压(SUMY)的幅度(伏)，而横座标(X轴)表示用于使用户增加(从级0进行至级3)对比度的63个控制级。曲线A表示在自动对比度控制环路41闭合状态的视频(VIDEO)或组合输出信号(SUMY)，即存在一个经由自端点14至对比度端点13的反馈环路41的反馈。

可以看出，在从0至21的范围内，VIDEO输出电压响应于用户控制级而线性地变化。但是，对于高于21的用户控制级，响应曲线是平的。即，自动对比度控制反馈环路的操作限制了用户对于保持在约3．5V视频输出电压的控制级21以上的对比度进行变化的能力。因此，在一个理论上可提供63个控制级的系统中，只有前21级可以有效地利用。

由于在一定程度上认识到上面讨论的问题，申请人的本发明部分地归于扩展用户进行对比度控制范围的电路。

本发明的目的是为了提供一种用来扩展用户可以控制电视机接收机的对比度的范围的设备。

本发明的视频信号处理设备，包括：一个视频信号处理通道(9，10，11)，用来处理一个输入视频信号(C，Y)以产生一个输出视频信号(r，g，b)；耦合到所述视频信号处理通道的装置(13r，13g，13b)，用来根据一个控制信号(对比度控制输入)控制所述输出视频信号的幅度；装置(41)，用来响应于所述输出视频信号幅度产生第一控制信号；装置(60，670)，用来根据使用者的手动调节产生一个第二控制信号(VC)；和用来将所述第一和第二控制信号耦合到所述幅度控制装置的装置(RGB IC的端口13)，以便作为所述第一和第二控制信号的函数来控制所述输出视频信号的幅度；本发明的该设备的特征在于：所述第二控制信号产生装置包括用来使所述第二控制信号具有一个作为使用者调节量的函数的非线性特性的装置(73)。

在附图中，相同的参考标志表示相同的部件，而且

图1是一个已知电视系统的半原理半方框图；

图2是视频输出电压(SUMY)作为用户控制级对一个闭合环路线性(未补偿)和线性(有补偿)状态的函数的图；

图3是实施使用图1电路的本发明的用户控制电路的原理图；

图3A是对应于几个用户控制级的典型脉宽调制脉冲信号图；

图4是对比度控制电压作为用户控制级对开环线性(未补偿)和非线性(已补偿)状态的函数的图；而

图5是对比度控制电压作为用户控制级对闭环线性(未补偿)和非线性(已补偿)状态的函数的图；

图3示出实施本发明的—个用户对比度控制电压产生电路，特别是示出了可以代替图1中的缓冲放大器65的—个放大器／滤波器81。

参看图3，其中示出了—个脉宽调制的用户对比度控制脉冲信号(PS)加到开关N63的栅极以控制其导通和截止，并在微处理器63的输出端29产生逻辑分量信号(PSN)，微处理器63通过负载电阻R1连接到+5V电源。PSN通过电阻R2加到一个NPN双极型晶体管Q1的基极，Q1的发射极接地。电阻R4连接在Q1的集电极和节点71之间，而电阻R3连接在节点71和电源电压端17之间，在电源电压端17上加有例如可以为正12V的电压Vcc。

非线性低通滤波器73连接在节点71和以射随器进行操作的NPN双极型晶体管Q2的基极之间。滤波器73包括连接在节点71和Q2的基极之间的电阻R8，负极连接在节点71而正极连接到Q2基极的二极管D1，以及连接在Q2的基极和地之间的电容C2。

Q2的集电极连接到端点17，而其发射极连接到输出节点75。地回路发射电阻R5连接在节点75和地之间。可以是如图1滤波器67相同类型的一个低通滤波器671连接在节点75和RGBIC的对比度控制端13之间。与图1所示—样，电阻R7连接在节点75和对比度控制端13之间，滤波电容C1连接在端点13和地之间。与图1相同，自动对比度控制网络41的—个输出端和射束电流限制电路52的一个输出端连接回端点13。

图3电路的操作，特别是非线性网络73的作用现在来进行讨论。

涉及到网络73，R8，D1和C2的组合起到产生一个非线性直流(DC)对比度控制电压(Vc)的作用。在图3电路中，电容C2与电容C1(及端点13)绝缘，因而C2能够以不同速率进行充电和／或放电。当Q1完全截止时，C2就由R3和R8的串联组合充电。而当Q1完全导通时，C2通过与R8并联的D1(极性为正向导通)和并联组合的R3和R4放电。因此，充电时间常数(Tc)约为(R3+R8)(C2)，而放电时间常数(Td)约为(R3与R4并联值)×(C2)。对于R3=1．8KΩ，R8=10KΩ，和R4=4．7KΩ的情况，(R3+R8)的串联电阻约为12KΩ，而R3和R4的并联组合值约为1．3KΩ。因此，显然充电时间常数(TC)比放电时间常数(Td)大9倍多。图3中的网络73的不相等的充电和放电时间产生出示于图2，4和5的曲线B的各种曲线。

为了更好地理解滤波器73所扮演的角色，请注意图3中的电路(如图1中电路)中，用户能够变化(增加或降低)在63级中的对比度。用户的控制由一个图3A所示类型的脉宽调制脉冲信号(PS)的生成物表示。在微处理机的端点29产生的PSN信号是PS信号的逻辑分量并加到缓冲放大器81的输入端。如图3A所示，脉冲信号的周期(TP)可以分成64级(63+1)。第一级是确保N63完全截止的ODC电压电平，而第64级是确保N63完全导通的有效幅度直流电平(dc)。脉冲周期Tp被分成63个相等的增量，对于每个后续的较高级具有一个比较低的在先级大约Tp／63的脉冲宽度。因此，在级1和级63之间的任何级(Ni)期间的“高”电平脉冲宽度(TH)可以表示为(Ni／63)(Tp)；此处Tp是等于TH加TL的肪宽时长，而TH是脉冲为高时的时间长度，TL是脉冲为低时的时间长度。改变脉冲为高时的时间长度(例如TH)对脉冲时长(Tp)的关系曲线是一种改变加到放大器／滤波器组合的脉冲串的占空因数〔即TH／TP(100％)〕的方法。如以下更详细的描述，对比度控制电压的直流(DC)电平通过改变脉冲串的占空因数进行改变。

为了便于解释，我们首先将研究图3电路响应对于两端点的情况。在以下的讨论中，假设当PS为“低”或“0”，则PSN为高而且有效幅值能够使Q1全导通，而当PS为“高”或逻辑“1”时，PSN则为“低”或“0”而且该幅度使Q1全截止。

1．首先，在级0，PS为“低”或“0”，PSN为“高”，而Q1处于饱和。对于这种情况，R3和R4的分压网络使节点71处的电压大约等于8．6V。Q2的基极将低于但接近于该电压，而Q2发射极(节点75)的电压将约为0．7V，低于Q2的基极电压。这种情况确定了在Q2的发射极产生的最低电压和在输出节点670产生的最低电压(Vc)，该最低电压(Vc)加到端点13，大约等于7．9V，如图4和5所示。

2．在级63，PS为“高”DC电平，而PSN为“低”电平，因而Q1为截止。由于Q1不导通，则Q2的基极通过R3和R8的串联组合接到Vcc电压端。由于Q2的射随器作用，跨过R3和R8的电压降将相对小，是流入Q2的基极电流的函数。在Vcc等于12V时，跨过R3和R8的电压降可假设为约0．4V，因而Q2基极的电压约为11．6V。假设VBE压降约为0．7V，则Q2发射极的电压(V4)则约为10．9V，如图4所示。因此在Q2的发射极以及因此在节点670产生的并加到端点13的最高电压(VMAX或VcMAX)约为10．9，而最低电压(VMIN或VcMIC)约为7．9V。因此，用户控制级可用于改变最低值(例如7．9V)和最高值(例如10．9V)之间的dc对比度控制电压(Vc)。正如以上所述，对于所示的实施例，假设增加直流(DC)对比度控制电压(Vc)对应于增加增益，因此增加对比度，而降低DC对比度控制电压(Vc)对应于降低增益和对比度。而且，与图1的已知电路相比较，在实施本发明的电路中，dc对比度控制(Vc)并不随作为增加(降低)级(置位)的函数而线性地增加(降低)。

为了更好地理解本发明提供的非线性补偿的效果，要涉及图1和图3的电路并涉及图4所示的曲线。现回头参看图1的电路，放大器65起到使充电电容具有—个几乎等于放电时间常数(Td)的充电时间常数(TC)的作用，结果，在图1的电路中，脉冲信号使得在Q2发射极以及电容C1两端产生的对比度控制电压在控制置位从0至63增加时线性地增加。图1电路的开环操作结果示于图4的曲线A。

请注意在图1的电路中，对于开环情况(当自动对比度控制41的输出端不连接到节点13时)，对比度控制电压Vc从第0级用户控制级0的约7．9VdC VcMIN值线性增长到第63用户控制级的约11．4Vdc值。

参看图3，记住在网络73中，使充电时间常数(TC)远大于放电时间(Td)的情况。因此，在Q2的发射极(节点75)以及节点670处产生的开环dc电压趋向是：对于在脉冲信号的脉冲宽度为小的情况中的用户控制级(置位)的低值情况呈缓慢地增长，而对于在脉冲信号的脉冲宽度为大的情况中的用户控制置位较高值的情况则是更迅速地增长。该情况由图4的曲线B说明。比较曲线B与曲线A，虽然，随着增加用户控制级(置位)函数的变化，经补偿的(非线性)曲线B较未补偿的(线性)曲线A增长更缓慢。因此，通过使充电时间常数大于放电时间常数(TC＞Td)，在滤波器671的输入端产生并加至对比度控制级的端点13的对比度控制电压(Vc)的趋向是小于当TC大约等于Td时产生的Vc值。曲线A和B的终点由于R8两端的附加电压的原因而不相同。但是，如果Q2是一个增益很高装置，则两终点将非常接近。

用于由图3电路产生的较低值的控制级的控制电压(Vc)的较小增值(与图1电路相比较)有效地降低了用于较低值的用户控制级的对比度控制级13b、13g、13r的驱动和增益。因此，当图4曲线B的控制电压Vc加到端点13，而反馈环路闭合时(即自动对比度控制41与电路相连，系统的响应如图5的曲线B所示。

图5示出了当自动对比度控制环路41闭合且可操作时，加至对比度控制级的端点13的图4的开环电压Vc如何变化。即，图5对应于节点670与RGBIC的端点13相连接而自动对比度控制反馈环路41在RGBIC的端点14和13之间接通时的情况。图5的曲线A说明当图1的放大器／滤波器电路60接入电路时的操作。控制电压从级0至级21线性增长，然后在其它用户控制置位(级21-63)上保持平坦，与此相比，图5的曲线B表示当图3中的放大器／滤波器81代替了图1的放大器65时的闭环电路响应。当图3的放大器／滤波器与电路相连时，则控制电压就在一个从级0至级49的扩展范围上变化。因此，从图5曲线B的研究来看，显然对比较度控制电压现在至少扩展到在一个以级0至级49的范围上响应于用户控制级。

回来参看图2，该图表示了视频输出电压(在端点14处的SUMY信号)响应，它将视频输出表示为用户控制级(置位)的函数。如上所讨论的，对于公知的放大器65和滤波器67的组合，用户控制限制到第一21级(置位)。相反，对于产生图4和图5的曲线B所示响应的本发明的放大器／滤波器81与滤波器67相组合的情况，用户控制存在于从级0扩展到级42的范围上。因此，作为用户控制级的函数在图4和5曲线B所示的加到端点13上的非线性化的控制电压产生图2曲线B所示的SUMY输出信号响应。因此，实施本发明的电路和系统中，使亮度信号在42个用户控制级范围上进行控制，从而对比度控制在—个比图1的线性对比度控制电路所用的范围宽得多的范围上进行扩展。

在图3中，通过插入包括一个放大器和非线性低通滤波器的网络81得到对比度控制电压(vc)的非线性化。应该理解，通过将作为用户控制函数的脉冲信号的脉冲宽度进行非线性化，并将该非线性化的脉宽信号加至一个线性放大滤波器组合，能够获得类似结果。

在图3的电路中，脉冲串占空比因数利用脉宽调制进行变化。但是，应该理解，脉冲串的占空因数可以利用比特率倍频方案或其它的公知方法进行变化。在所有情况中，本发明的指教是直流电流(DC)对比度控制电压(Vc)的产物，而对比度控制电压(Vc)是一个脉冲串占空因数的非线性函数。

Claims

1．一种视频信号处理设备，包括：

一个视频信号处理通道(9，10，11)，用来处理一个输入视频信号(C，Y)以产生一个输出视频信号(r，g，b)；

耦合到所述视频信号处理通道的装置(13r，13g，13b)，用来根据一个控制信号(对比度控制输入)控制所述输出视频信号的幅度；

装置(41)，用来响应于所述输出视频信号幅度产生第一控制信号；

装置(60，670)，用来根据使用者的手动调节产生一个第二控制信号(VC)；和

用来将所述第一和第二控制信号耦合到所述幅度控制装置的装置，以便作为所述第一和第二控制信号的函数来控制所述输出视频信号的幅度；

其特征在于：所述第二控制信号产生装置包括用来使所述第二控制信号具有一个作为使用者调节量的函数的非线性特性的装置(73)。

2．根据权利要求1的设备，其特征在于：

所述幅度控制装置包括一个控制所述输出视频信号的对比度参数的对比度控制部分；和

所述第一控制信号产生装置包括一个峰值检波器，它与所述视频信号处理通道相耦合以用来检测超过门限电平的峰值视频信号电平，它又与所述对比度控制部分相耦合以用来根据所述检测到的峰值信号电平修改所述对比度参数。

3．根据权利要求1的设备，其特征在于所述第二控制信号产生装置包括一个充电时间常数与其放电时间常数不相等的低通滤波器(73)。

4．根据权利要求3的视频信号处理系统，其特征在于充电时间常数大于放电时间常数。

5．根据权利要求3的视频信号处理系统，其特征在于所述第二控制信号产生装置包括：

一个第一放大器(N63)，具有一个接收用户产生的对比度控制信号的输入端和一个输出端；

一个第二放大器(Q2)，具有一个输入端和一个输出端；以及

所述低通滤波器连接在第一放大装置的输出端与第二放大装置的输入端之间。

6．根据权利要求3的视频信号处理系统，其特征在于所述低通滤波器包括一个RC网络(R8、C2)。

7．根据权利要求6的视频信号处理系统，其特征在于所述RC网络包括一个电阻(R8)，一个电容(C2)和一个二极管(D1)，二极管(D1)至少跨接在电阻的一部分，从而该二极管对于信号的一个极性来说起到相对低的阻抗分流作用。

8．根据权利要求1的视频信号处理系统，其特征在于：所述第二控制信号产生装置响应于用户产生的对比度控制信号(PS)产生一个加到对比控制级的控制电压(V4)。

9．根据权利要求8的视频信号处理系统，其特征在于用户产生的对比度控制信号(PS)包括脉宽调制方波脉冲(该方波脉冲的占空因数由TH／TP确定，此处TH是脉冲为相对正向的时间长度，而TL是脉冲为相对负向的时间长度，TP为与TH与TL之和；在此，所述的控制电压幅度为TH／TP的非线性函数。