Декодирующее устройство
Заявляемое устройство относится к телевизионной технике и может быть использовано в преобразователях телевизионных стандартов. Целью заявляемого устройства является увеличение ширины спектра результирующего сигнала яркости при сохранении необходимой степени подавления сигнала цветности в области резких насыщенных цветовых переходов в исходном композитном сигнале. Указанная цель достигается за счет выполнения декодирующего устройства, содержащим блок коррекции высокочастотных предыскажений, частотный детектор, блок коррекции низкочастотных предыскажений, блок задержки на строку и коммутатор, причем оно дополнительно содержит режекторный фильтр с двумя управляющими входами, один из которых соединен через фильтр нижних частот с выходом частотного детектора, а второй вход соединен с выходом того же частотного детектора через дифференциатор, вычислитель модуля и фильтр нижних частот, и, кроме того, в канал цветности дополнительно введены гребенчатые вертикальные фильтры, состоящие из блоков задержки на строку и сумматоров, а в канал яркости введены фильтры нижних и верхних частот, блок подавления колебательности, гребенчатый вертикальный фильтр второго порядка, состоящий из блоков задержки на строку и сумматора, а также выходной сумматор канала яркости.
Полезная модель относится к области телевизионной техники и может быть использована в профессиональных преобразователях телевизионных стандартов.
В последнее время все более актуальной становится проблема переноса архивных видеоматериалов, записанных, как правило, на устаревших моделях магнитофонов в композитном формате, например, в стандарте SECAM, на другие носители в современных форматах. В большинстве современных преобразователей стандартов для выделения сигнала яркости из исходного композитного сигнала указанного стандарта используется широкополосный режекторный фильтр с фиксированными параметрами, необходимый для достаточного подавления (не менее 42 дБ) частотно модулированной цветовой поднесущей при максимальном ее отклонении от частот покоя. Так как это отклонение в соответствии со стандартом на параметры сигнала SECAM может достигать порядка ±0,5 МГц, приходится расширять полосу максимального подавления режекторного фильтра до 1 МГц, а с учетом ограниченной крутизны спада частотной характеристики режекторного фильтра, полоса частот, на которой этот фильтр вносит заметные (более 1 дБ) искажения амплитудно-частотной характеристики (далее - АЧХ) канала яркости, оказывается еще шире и достигает 2,5 МГц. При этом результирующая полоса частот сигнала яркости существенно сокращается (на 2,5 МГц по сравнению со стандартным значением 6 МГц), что заметно снижает четкость изображения. Основная задача состоит в максимальном сохранении качества, то есть сохранении максимально возможной полосы частот сигналов яркости и цветности. Одновременно решается задача корректного декодирования с минимальными перекрестными помехами.
Из литературы (Хохлов Б.Н. Декодирующие устройства цветных телевизоров // М.: Радио и связь, 1998. - С.251, 509.) известно устройство для декодирования сигнала СЕКАМ, в котором использован адаптивный режекторный фильтр, имеющий достаточно узкую (порядка 0,5 МГц) фиксированную полосу. Но для того, чтобы подавление сигнала цветовой поднесущей оставалось достаточным при любом возможном отклонении ее частоты, этот режекторный фильтр перестраивают по частоте так, что центральная частота режекции сигнала яркости совпадает с мгновенной частотой цветовой поднесущей. Преимуществом известного устройства является то, что за счет более узкой полосы режекции расширяется результирующая полоса частот сигнала яркости.
Недостатком известного устройства является увеличение перекрестной помехи цветность - яркость при наличии резких насыщенных цветовых переходов в изображении. Отмеченное связано с тем, что эффективная ширина локального скользящего спектра частотно-модулированного сигнала цветности в указанном стандарте в области этих переходов может существенно превышать полосу узкополосного режектора.
Целью заявляемого устройства является увеличение ширины спектра результирующего сигнала яркости при сохранении необходимой степени подавления сигнала цветности в области резких насыщенных цветовых переходов в исходном композитном сигнале.
Указанная цель достигается за счет использования адаптивного режекторного фильтра, имеющего два независимых регулируемых параметра: центральная частота режекции и ширина полосы режекции.
Центральная частота режекции, также как и в устройстве, принятом в качестве ближайшего аналога, должна совпадать с мгновенной частотой цветовой поднесущей входного сигнала. В качестве измерителя этой частоты можно использовать основной частотный детектор декодера, например, декодера SECAM.
Ширину полосы режекции выбирают, учитывая компромисс между недостаточным подавлением спектра сигнала цветности и чрезмерным сокращением полосы сигнала яркости. Самым заметным артефактом при недостаточном подавлении спектра цветности
оказывается появление расцвеченных структур в непосредственной близости от насыщенных цветовых переходов на фоне практически полного подавления помех на протяженных насыщенных участках. Именно вблизи таких переходов приходится расширять полосу режекции и мириться с локальным сокращением полосы яркости, которое до некоторой степени маскируется окружающими насыщенными деталями. Субъективное ощущение четкости изображения связано с наличием многочисленных мелких ненасыщенных деталей, которые в основном сосредоточены в яркостной компоненте сигнала, и именно на таких деталях полоса режекции должна оставаться минимальной.
Структурная схема цифрового декодирующего устройства, в котором реализована адаптивная схема фильтрации сигнала, приведена на рис.1.
Цифровой композитный сигнал поступает параллельно на канал цветности и канал яркости. В канал цветности этого декодера входит блок коррекции высокочастотных предыскажений (КВП) (1), который за счет избирательной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), по существу, выделяет сигнал цветности из композитного сигнала. Последовательный, чередующийся через строку цветоразностный сигнал Dr/Db' с выхода частотного детектора (2) поступает на корректор низкочастотных предыскажений (КНП) (3), а затем на стандартную комбинацию блока задержки на строку (4) и коммутатора (5), на выходе которого происходит разделение на два цветоразностных сигнала (R-Y) и (B-Y).
Описанная схема стандартного декодера обладает недостатком, который состоит в появлении дополнительного сдвига цветности на полстроки по вертикали из-за поочередной коммутации прямого и задержанного на строку сигналов.
С учетом отмеченного в схему введены дополнительные вертикальные фильтры первого порядка, содержащие элементы задержки на строку (6 и 7) и сумматоры (8 и 9). Указанные фильтры дают дополнительный сдвиг цветности на полстроки вниз, а полный сдвиг по вертикали получается равным точно одной строке и может быть компенсирован дополнительной задержкой сигнала яркости на 1 строку.
Канал яркости содержит адаптивный режекторный фильтр (14), имеющий два управляющих входа. На вход управления центральной частотой режекции поступает сигнал Dr/Db' с выхода частотного детектора (2) канала цветности, прошедший низкочастотную фильтрацию в сглаживающем фильтре (10) с полосой пропускания порядка 0,35 МГц. Наличие такого фильтра существенно снижает влияние высокочастотных компонент сигнала яркости на точность измерения этой центральной частоты.
Для определения ширины полосы режекции используется дифференциатор первого порядка (11), и последующие за ним вычислитель модуля (12) и сглаживающий фильтр (13). При появлении во входном сигнале резкого насыщенного цветового перехода на выходе дифференциатора возникает импульс, амплитуда которого пропорциональна первой производной от цветоразностного сигнала Dr/Db', а полярность зависит от конкретного цветового перехода. Вычислитель модуля приводит все импульсы к положительной полярности, и после сглаживания результирующий сигнал подается на второй вход адаптивного режекторного фильтра (14) и управляет шириной полосы режекции.
При работе адаптивного фильтра из-за различия центральных частот режекции в соседних строках может появиться полустрочная помеха в яркостном сигнале. Для ее подавления в схему введен дополнительный гребенчатый фильтр второго порядка, содержащий два элемента задержки (19 и 20) и сумматор с постоянными коэффициентами (21). Такой вертикальной фильтрации подвергается не весь сигнал яркости, а только его высокочастотные компоненты, выделенные фильтром верхних частот (16).
Фильтр нижних частот (15) выделяет низкочастотную часть спектра сигнала яркости Yнч, которая проходит через блок компенсирующей задержки на строку (17) и не подвержена вертикальной фильтрации. Высокочастотная часть спектра яркости после прохождения через гребенчатый фильтр восстанавливает на выходном сумматоре (22) спектр
сигнала яркости до исходного. Общая задержка сигнала в канале яркости за счет наличия вертикального фильтра равна одной строке и, таким образом, точно совпадает с задержкой канала цветности.
Еще одной проблемой, связанной с использованием режекторного фильтра, является появление паразитной колебательности в импульсной характеристике канала яркости из-за высокой крутизны спада и подъема АЧХ (порядка 60 дБ/МГц) в области частот режекции.
Именно поэтому в канал яркости декодера добавлен блок подавления колебательности (18), который включен непосредственно перед гребенчатым фильтром и воздействует только на высокочастотную часть спектра сигнала яркости. Этот блок имеет нелинейную амплитудную характеристику (рис.2), которой соответствует зона нечувствительности с двумя управляемыми симметричными порогами L1 и L2 (L2=-L1). Управление этими порогами должно быть таким, чтобы паразитные колебания оставались в зоне нечувствительности и, таким образом, не проходили на выход устройства. Так как амплитуда паразитных колебаний пропорциональна амплитуде входного видеосигнала (реально составляет несколько процентов от входного сигнала), в этом блоке производится измерение амплитуды входного сигнала и полученное значение управляет порогами. Кроме того, этот блок способствует дополнительному подавлению спектра сигнала цветности, а также повышению отношения сигнал/шум в высокочастотной части спектра сигнала яркости.
Декодирующее устройство, содержащее блок коррекции высокочастотных предыскажений, частотный детектор, блок коррекции низкочастотных предыскажений, блок задержки на строку и коммутатор, отличающееся тем, что, с целью расширения полосы сигнала яркости при заданной степени подавления спектра сигнала цветности, оно дополнительно содержит режекторный фильтр с двумя управляющими входами, один из которых соединен через фильтр нижних частот с выходом частотного детектора, а второй вход соединен с выходом того же частотного детектора через дифференциатор, вычислитель модуля и фильтр нижних частот, и, кроме того, в канал цветности дополнительно введены гребенчатые вертикальные фильтры, состоящие из блоков задержки на строку и сумматоров, а в канал яркости введены фильтры нижних и верхних частот, блок подавления колебательности, гребенчатый вертикальный фильтр второго порядка, состоящий из блоков задержки на строку и сумматора, а также выходной сумматор канала яркости.
