Brevet FR2549316A1 — publié le 19850118

La présente invention se rapporte à un dispositif de traitement de signaux numériqueset, plus particulièrement, à un dispositif de creusement de signaux numériques produisant un seuil de creusement réglable en réponse au moins à une partie du signal numérique à creuser. La présente invention est utile pour le traitement de signaux numériques de télévision dans un téléviseur. Le creusement est une opération de traitement de signaux oi les variations d'un signal de faible niveau, 10 souvent associéesau bruit, sont supprimées d'un signal pour améliorer son rapport signal/bruit Pour des signaux de télévision par exemple, le bruit peut être introduit par le trajet de transmission, le tuner et les amplificateurs haute fréquence, les amplificateurs 15 fréquence intermédiaire ou bien des sources de bruit externe Un creusement à seuil fixe, o des variations du signal de faible niveau ne dépassant pas un niveau de seuil fixe dont à supprimer, est inadéquate dans un téléviseur parce que le spectateur est plus sensible au bruit 20 se présentant dans une scène sombre (comme des taches lumineuses dans un fond sombre) que dans une scène claire (comme des tâches sombres dans un fond clair). Ainsi, il est souhaitable de produire un seuil relativement plus élevé de creusement pour les faibles 25 niveaux du signal de luminance (scènes plus sombres) et un niveau de creusement relativement plus bas pour les plus hauts niveaux du signal de luminance (scènes plus claires) Un agencement de circuit analogique produisant cette caractéristique souhaitable pour des 30 téléviseurs ayant un traitement de signaux analogiques est décrit dans le brevet US N 4 437 124 intitulé DYNAMIC CORING CIRCUIT du 13 Mars 1984 au nom de L.A Cochran. Cependant, dans un dispositif de traitement de 35 signaux numériques, un dispositif de creusement de signaux numériques doit accomplir l'opération de creusement sur des signaux qui sont des nombres numériques représentant des niveaux du signal plus tôt que directement sur les niveaux eux-mêmes Ainsi, il faut employer un circuit numérique pour produire un signal de seuil de creusement, pouvant développer un signal de réglage dans certaines conditions et pour développer des signaux numériques creusés en réponse au signal de réglage. En conséquence, le dispositif de traitement de signaux numériques selon l'invention comprend un dispositif 10 de réglage développant des signaux numériques de seuil réglables en réponse à des signaux numériques d'entrée, un dispositif comparateur comparant les signaux numériques d'entrée et les signaux numériques de seuil pour développer un signal de déclenchement, et un dispositif de déclenchement 15 produisant des signaux numériques de sortie en réponse aux signaux numériques d'entrée et au signal de déclenchement. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au: cours de la description 20 explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schméatiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: la figure 1 montre un schéma bloc d'un dispositif 25 de traitement de signaux numériques ou est incorporé un exemple d'un mode de réalisation de la présente invention; les figures 2 et 4 sont des graphiques de courbes de transfert utiles à la compréhension du dispositif de la figure 2; et les figures 3, 5 et 6 sont des schémas, partiellement sous forme de blocs, d'exemples de modes de réalisation de parties du dispositif de la figure 1. Sur le dessin, les flèches larges représentent les-trâts de signaux pour les signaux numériques à plusieurs bits en 35 parallèle et les flèches en une ligne représentent les trajets de signaux pour des signaux numériques à un seul bit ou en série La figure 1 montre une partie d'une section de traitement de signaux numériques d'un téléviseur ou les signaux de luminance sont numériquement traités Bien que la présente invention soit d'une applicabilité générale, elle sera décrite ici dans l'environnement d'une section de traitement de signaux numériques de luminance d'un téléviseur parce que l'opération de creusement numérique réglable en réponse à des signaux 10 numériques réglables de seuil y est avantageusement mise en pratique. Un additionneur numérique 1 O forme une source de signaux numériques de luminance YW sur large bande, qu'il développe en ajoutant l'information de détail 15 vertical incorporée dans les signaux numériques de chrominance CC filtrés en peigne aux signaux numériques de luminance YC filtrés en peigne La grandeur des signaux numériques de luminance Y en fonction de la fréquence f est illustrée sur la figure 2, o le signal numérique de luminance sur large bande YW est identifié de manière correspondante. Le filtre numérique 12 de la figure 1 reçoit des signaux numériques de luminance YW sur large bande et développe: des signaux numériques de luminance YL filtrés 25 dans un filtre passe-bas comprenant les composantes à relativement plus basse fréquence des signaux YW Le filtre 12 développe également des signaux numériques de luminance YB filtrésdans un filtre passe-bas comprenant les composantes à relativement plus haute fréquence des signaux YW' Les signaux numériques filtrés de luminance YL et YB sont de préférence sensiblement complémentaires par la grandeur du spectre des fréquences comme cela est illustré par les courbes YL et YB de la figure 2. La figure 3 montre un exemple d'un mode de réalisation 35 du filtre numérique 12 qui comprend un registre à décalage 14 à plusieurs étages qui produit des répliques retardées des signaux numériques de luminance YW sur large bande à ses diverses prises de sortie en réponse aux signaux d'entrée (Yw) et à un signal d'horloge (non représenté). 5 Les signaux numériques retardés de luminance produits aux prises du registre à décalage 14 sont pondérés par des circuits numériques de pondération W 1, W 2 et W 3 qui par exemple sont des multiplicateurs numériques. Les valeurs des coefficients de pondération des circuits 10 de pondération Wl, W 2 et W 3 déterminent la réponse en fréquence du filtre numérique 12 comme ceux qui sont compétents en la matière le savent. Un additionneur numérique 16 additionne les signaux numériques pondérés retardés de luminance pour développer 15 des signaux numériques de luminance YB filtrés dans un filtre pass-bande Une prise de sortie à l'étage central du registre à décalage 14 produit des signaux numériques retardés de luminance YW' sur large bande d'o sont soustraits les signaux numériques de luminance YB filtrés 20 dans un filtre passe-bande> par un soustracteur 18 pour développer les signaux numériques de luminance YL filtrés dans un filtre passe-bas De cette façon, les signaux YB et YL sont sensiblement complémentaires. Un réglage de creusement numérique 40 de la figure 1 25 développe des signaux numériques de seuil YT dont les grandeurs sont réglables en réponse aux signaux numériques de luminance YL ayant passé par le filtre passe-bas. On considère d'abord que les niveaux des signaux numériques de luminance YL sont relativement hauts, ce qui correspond 30 à une image lumineuse, donc les signaux numériques de seuil YT sont à une valeur relativement faible YTW' Le circuit de creusement numérique 20 répond aux signaux numériques de seuil YTW pour produire des signaux numériques de luminance YB filtrés dans un filtre passe-bande en tant 35 que signaux numériques creusés de luminance YBC quand la grandeur de signaux YB dépasse celle des signaux numériques de seuils YTW' La courbede transfert en trait plein 120-124-122-124 '-128 des signaux YB à YBC de la figure 4 contient des parties , 128 illustrant cette condition Quand la grandeur des signaux YB est plus faible que celle de YTW' des signaux numériquement nuls sont produits en tant que signaux numériques creusés de luminance YBC comme le montre la partie 122 de la figure 4. On considère ensuite que les niveaux numériques de luminance 10 YL dont relativement bas, ce qui correspond à une image sombre, et donc les signaux numériques de seuil YT développés par le réglage de creusement 40 sont à une valeur relativement élevée YTB' Le circuit numérique de creusement 20 présente la courbe de transfert illustrée 15 par la ligne en pointillé sur la figure 4, comprenant les segments 120-126 122-126 '- 128 montrés sur la figure 4 comme représentant le creusement des signaux YB sur une plage relativement accrue de creusement (c'est-à-dire -YTB à + YTB) pour développer des signaux numériques 20 creusés YBC' Un exemple d'un dispositif comprenant un réglage de creusement 40 et un circuit numérique de creusement est montré sur la figure 5, par exemple Le réglage de creusement 40 contient un soustracteur numérique 42 qui produit des signaux de différence entre les grandeurs du signal numérique de luminance YL filtré dans un filtre passe-bas et du signal numérique de référence YREF fourni par la source de référence 46 La grandeur de YREF est par exemple à peu près celle correspondant à un niveau d'image lumineuse (blanche) des signaux de luminance YL Ainsi, pour des conditions d'image lumineuse (blanche), la grandeur du signal de différence s'approche de zéro et pour des conditions d'image sombre (noire), elle s'approche de 100 % de la grandeur de YL' Un moyen de décalage numérique 44 divise le signal de différence par un nombre N pour développer le signal de seuil YT' Des nombres pratiques N sont des puissances paires de deux, c'est-à-dire 2, 4, 8, 16 et ainsi de suite. Mathématiquement, le circuit de réglage 40 de la figure 5 10 développe de manière réglable un signal numérique de seuil Y selon l'équation: T YT= (l/N) lYREF YL l ( 1) Il est préférable de choisir le niveau de référence YREF pour qu'il représente à peu près 100 % du niveau 15 lumineux de luminance de l'image avec un facteur de division de huit Cela produit un niveau réglable de seuil de creusement qui change entre un minimum de 0 % pour les images lumineuses et un maximum de 12 % pour les images sombres Ces niveaux correspondent sensiblement 20 à la plage approximative de seuil de creusement de 0 % à 10 % que l'on trouve satisfaisante dans des téléviseurs analogiques et cela permet au circuit de réglage numérique 40 d'être avantageusement simple. Le circuit de creusement numérique 20 de la figure 5 25 contient un comparateur numérique 30 qui compare les signaux numériques de luminance YB filtrés dans un filtre passe-bande auxsignaux numériques de seuil YT pour développer le signal de déclenchement GS Le circuit de creusement 20 contient de plus un certain nombre 30 de portes ET 22, 24, 28, dont chacune reçoit un bit du signal numérique YB à une première entrée Les secondes entrées des portes ET 22, 24 28 reçoivent le signal de déclenchement GS Quand la grandeur de YB dépasse celle de YT' le comparateur 30 développe un signal de déclenchement GS à un niveau numérique haut pour valider les portes ET 22, 24, 28 pour laisser passer le signal YB en tant que signal numérique creusé de luminance YBC filtré dans un filtre passe-bande; autrement, le comparateur 30 développe GS pour inhiber les portes ET 22, 24, 28 qui ainsi développent le signal YBC ayant la grandeur prédéterminée de zéro (c'est-à-dire que tous les bits sont nuls). La figure 6 montre un exemple de réalisation du comparateur numérique 30 par le comparateur numérique à fenêtre 30 ' Si la grandeur des signaux numériques 10 YB dépasse celle des signaux numériques de seuil YT dans le sens de la polarité positive, alors le comparateur 32 développe un signal de sortie au niveau de validation qui est appliqué par une porte OU 38 en tant que signal de déclenchement GS Un circuit d'inversion 38 convertit 15 YT en un signal numérique de seuil de valeur négative -YT qui est appliqué à un comparateur numérique 34 Si la grandeur de YB est plus négative que celle de -YT' alors le comparateur 34 développe un signal de sortie au niveau de validation qui est appliqué par la porte OU 38 20 en tant que signal de déclenchement GS Lorsque YB est compris entre les grandeurs YT et -YT ou leur est égal aucun des comparateurs 32 ou 34 ne développe un signal de sortie au niveau de validation et le signal de déclenchement GS inhibe les portes ET 22, 24, 28 comme on l'a 25 décrit ci-dessus. Le circuit de réglage d'accentuation 52 de la figure 1 répond, par exemple, aux signaux numériques de luminance YB filtrés dans un filtre passe-bande pour développer un coefficient multiplicateur qui est appliqué au multiplica30 teur d'accentuation 50 Le multiplicateur 50 multiplie les signaux numériques creusés YBC par ce coefficient pour développer des signaux numériques multipliés de luminance YM ayant les caractéristiques montrées sur la figure 2 par la famille des courbes marquée par YM On 35 peut se référer à la demande de brevet US NÈ 507 554 intitulée DIGITAL SIGNAL PEAKING APPARATUS WITH CONTROLLABLE PEAKING LEVEL déposée le 24 Juin 1983 par T V Bolger, o le réglage d'accentuation 52 est mieux décrit. Les signaux numériques de luminance YW sur large' bande sont retardés dans le temps par un circuit retardateur numérique 56 qui développe des signaux numériques retardés de luminance YD' Le circuit retardateur 56 est par exemple un registre à décalage ayant un certain nombre d'étages choisis pour produire un retard sensiblement égal à celui se présentant dans le développe10 ment des signaux numériques multipliés de luminance YM en réponse aux signaux numériques de luminance YW sur large' bande par le trajet 12, 20, 50. Un additionneur numérique 54 combine les signaux numériques retardés de luminance sur large' bande Y et les signaux numériques multipliés creusés de manière réglable de luminance YM pour développer les signaux accentués de luminance Yp La figure 2 illustre de plus une famille de courbes de la grandeur en fonction de la fréquence pour les signaux numériques accentués de luminance Yp 20 qui sont les sommes des courbes respectives de la famille des courbes YM et de la courbe de Yw(qui est représentative de YD). Il faut noter que le coefficient de multiplication développé par le réglage d'accentuation 52 peut être 25 suffisamment faible pour que les signaux YM soient insignifiantsen grandeur par rapport aux signaux de luminance YW' YD sur large bande Dans cette condition, les signaux de luminance Yp sont "non accentués". On donnera ci-après des exemples des niveaux des signaux numériques dans un téléviseur ayant un convertisseur analogique-numérique à huit bits ( 256 niveaux) mettant sous forme numérique des signaux numériques composites. Les niveaux numériques sont exprimés ici comme les équivalents décimaux des nombres binaires On considère 35 que le niveau numérique 1 "" 01 correspond au top de l'impulsion de synchronisation à une amplitude de 40 unités IRE et que le niveau numérique " 256 " correspond à un niveau au-delà du blanc total à une amplitude de + 120 unités IRE des signaux vidéo composites Alors, le niveau du noir ( O unité IRE) et le niveau du blanc ( 100 unités IRE) correspondent aux niveaux numériques " 64 " et " 224 ", respectivement Le niveau numérique de référence est choisi comme étant " 224 " et la valeur de N est choisie 10 à huit Dans cet agencement, le circuit de réglage 40 développe un niveau de seuil de creusement pour une image sensiblement blanche qui est: TW= ( 1/8) l 224 224 l = o ( 2) de même, le niveau de seuil de creusement pour une 15 image sensiblement noire est: YTB = ( 1/8) l 224 64 l 160/8 = 20 ( 3) Il est important de noter que l'opération de creusement selon l'invention n'affecte pas l'information 20 d'image de base ainsi que le détail qui est représenté dans les signaux numériques de luminance sur large bande YWYD Le creusement empêche simplement l'augmentation des composantes aux fréquences supérieures à relativement bas niveau comme cela se produirait autrement du fait de 25 l'agencement du circuit d'accentuation ou la présente invention est employée De manière plus importante, l'accentuation de ces composantes aux fréquences supérieures est réduite à un plus ample degré par la présente invention pour des images relativement plus sombres o le bruit 30 est plus évident pour un spectateur que pour les images relativement plus claires ou le bruit est moins évident. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1 Dispositif de traitement de signaux numériques caractérisé par: une première source ( 10) produisant des signaux numériques d'entrée (Yw) à traiter; un moyen formant filtre numérique ( 12) relié à ladite première source pour développer des premier (YB) et seconde (YL) signaux numériques contenant respectivement des composantes à des fréquences plus élevées et à des fréquences relativement plus basses 10 desdits signaux numériques d'entrée; un moyen de réglage numérique ( 40) relié audit moyen formant filtre numérique pour développer les signaux numériques de seuil réglables en réponse auxdits signaux numériques; et un moyen de traitement numérique ( 20) relié audit moyen formant filtre numérique et audit moyen de réglage numérique, pour produire des signaux de sortie (YBC), ledit moyen de traitement numérique comprenant un moyen de comparaison ( 30) pour comparer les premier signaux numériques et les signaux numériques de seuil, ledit moyen de traitement numérique produisant lesdits premier signaux numériques en tant que signaux de sortie en réponse à un premier résultat de la comparaison et produisant un signal numériquepredéterminé 25 en tant que signaux de sortie en réponse à un second résultat de celle-ci. 2 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen formant filtre numérique ( 12) comprend: un moyen retardateur ( 14) produisant des échantillons successivement retardés des signaux numériques d'entrée à des prises successives; un certain nombre de circuits de pondération (W 1, W 2, W 3) relié à des prises respectives différentes pour Il pondérer l'échantillon retardé en succession; un premier moyen de combinaison numérique ( 16) relié auxdits circuits de pondération pour combiner les échantillons numériques pondérés ainsi produits 5 pour former les premier signaux numériques (YB); et un second moyen numérique de combinaison ( 18) relié audit premier moyen, numérique de combinaison et moyen retardateur pour combiner, par soustraction, les premier signaux numériques et l'échantillon retardé produit à une prise prédéterminée pour former les second signaux numériques. 3 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de réglage numérique ( 40) comprend: une seconde source ( 46) pour produire un signal 15 numérique de référence; un second moyen de comparaison ( 42) p ur produire les signaux numériquesde seuil en réponse aux grandeurs relatives des second signaux numériques et du signal numérique de référence. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second moyen de comparaison ( 42) comprend un moyen pour produire les signaux numériques de seuil en réponse à la différence entre les grandeurs des second signaux numériques et du signal numérique de 25 référence. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de production des signaux numériques de seuil comprend un moyen ( 44) pour diviser la différence entre les grandeurs par un nombre constant. 6 Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que le moyen précité pour diviser comprend un moyen de décalage numérique ( 44), le nombre constant étant 2 N, N étant un nombre entier positif. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 35 par: un moyen retardateur ( 56) relié à ladite première source ( 10) pour retarder les signaux numériques d'entrée; un moyen de combinaison ( 54) relié au moyen de traitement numérique et au moyen retardateur, pour combiner les signaux de sortie produits par le moyen de traitement numérique et les signaux numériques retardés d'entrée produits par le moyen retardateur pour développer des signaux numériques traités (Yp). 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé 10 par un moyen de détermination numérique ( 50) relié entre le moyen de traitement numérique ( 20) et le moyen de combinaison ( 54), pour déterminer la grandeur des signaux de sortie produits par le moyen de traitement numérique et pour appliquer les signaux numériques déterminés au 15 moyen de combinaison.