Brevet FR2664452A1 — publié le 19920110

Dispositif de correction de Gamma sur signal vidéo analo- gique L'invention concerne la correction de Gamma sur signal vidéo. On sait que la luminosité d'un point image sur un tube cathodique n'est pas proportionnelle à la tension appliquée au tube au même moment C'est au contraire une fonction puissance de cette même tension Et il est classique d'appeler "Gamma" la valeur de l'exposant de cette fonction puissance. Différents facteurs font que la valeur de Gamma peut aller de un peu plus de O à environ 5 Mais il s'agit là d'un choix, cette valeur demeurant constante pour un appareil donné. Il existe actuellement différentes propositions de correc- teurs de Gamma Toutefois, les dispositifs proposés ne don- nent pas entière satisfaction, soit qu'ils soient excessive- ment complexes et onéreux, soit qu'ils s'avèrent inaptes à fonctionner avec la télévision du futur, c'est-à-dire en définition plus élevée qu'actuellement. L'invention a pour but d'apporter une solution à ce pro- blème, en fournissant notamment un correcteur de Gamma qui fonctionne sur signaux analogiques, en haute performance, c'est-à-dire y compris pour la télévision haute définition, et ce à des conditions de complexité et de coût raisonna- bles. Un autre but de l'invention est de fournir un circuit qui permette de traiter à la fois les valeurs de Gamma supérieu- res à 1 et celles qui sont inférieures à ce seuil. L'invention a aussi pour but de fournir un correcteur de Gamma programmable de façon continue ou par bonds, dans un intervalle allant pratiquement d'environ 0,2 jusqu'à environ, et ce en conservant d'excellentes performances. Le dispositif proposé est du type comprenant une entrée analogique du signal vidéo, des moyens d'amplification logarithmique en fonction d'une correction de Gamma désirée, et des moyens d'amplification exponentielle pour fournir le signal corrigé. Selon l'invention, le dispositif est constitué d'une manière spéciale; il comporte une voie vidéo connectée à l'entrée du signal vidéo et comportant un amplificateur logarithmique à large bande, une seconde entrée recevant une tension continue de réfé- rence, une voie de référence, connectée à cette seconde entrée, et comportant un amplificateur logarithmique à large bande de mêmes caractéristiques que celui de la voie vidéo, un sommateur analogique pondéré des sorties des deux voies, avec un gain Gamma pour la voie vidéo, et un gain Un moins Gamma pour la voie de référence, et un amplificateur exponentiel à large bande, dont la sortie fournit le signal corrigé en Gamma. Très avantageusement, les deux amplificateurs logarithmiques à large bande et l'amplificateur exponentiel à large bande ont les mêmes constantes caractéristiques K et Vo. Dans un mode de réalisation intéressant, les deux amplifica- teurs logarithmiques à large bande et l'amplificateur expo- nentiel sont réalisés à l'aide de transistors UHF couplés thermiquement, associés à chaque fois à un amplificateur opérationnel Il est envisageable de remplacer les transis- tors UHF par des transistors SHF pour de meilleures performances. Selon un autre aspect important de l'invention, les gains du sommateur analogique pondéré sont conjointement ajusta- bles, pour ajuster en même temps le coefficient Gamma. Par des commutations, le sommateur analogique pondéré peut passer d'une manière simple du Gamma inférieur à 1 au Gamma supérieur à 1. Globalement, on peut alors ajuster sur commande la valeur de Gamma entre 0,2 et 5 environ. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa- raitront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, dont la figure unique illustre le schéma détaillé d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Le dessin comporte pour l'essentiel des éléments de carac- tère certain Il fait donc partie intégrante de la descrip- tion, et pourra servir non seulement à mieux faire compren- dre celle-ci, mais aussi à définir l'invention, le cas échéant. Un signal vidéo analogique est appliqué à l'entrée Vs, aux bornes d'une résistance de charge 10 Ce signal est appliqué à un étage tampon d'entrée Tll, constitué d'un amplificateur opérationnel 110 avec résistance de contre-réaction 111. La sortie de celui-ci est appliquée à un premier amplifica- teur logarithmique AL 12, constitué d'une résistance d'entrée -C 121, vers l'entrée inverseuse d'un amplificateur opération- nel 120, dont la sortie appliquée à une résistance 124 est bouclée ensuite par la maille émetteur-collecteur d'un tran- sistor 122 vers l'entrée inverseuse La base du transistor 122 est à la masse De son côté, l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur 120 est reliée à la masse par une résis- tance 123. Ce montage confère à l'amplificateur 120 des caractéristi- ques logarithmiques, en raison de la courbe de réponse du transistor 122 tel que monté. La sortie de l'étage AL 12 est appliquée à un autre tampon T 13 constitué comme le précédent d'un amplificateur opéra- tionnel 130 et d'une résistance de contre-réaction 131. L'ensemble Tll, AL 12 et T 13 constitue une première voie ou voie de signal vidéo V 1. Au bas de la figure, la tension de référence positive V+ est appliquée à deux résistances en série 201 et 202, la seconde potentiométrique, l'ensemble formant une source de tension continue ajustable Vr, filtrée par capacité 203. La tension Vr est appliquée à l'entrée non-inverseuse d'un amplificateur 210 muni d'une résistance de contre-réaction 211, et formant un tampon 21 semblable au tampon 11 Il vient ensuite un amplificateur AL 22 constitué exactement comme l'amplificateur AL 12 (les références des éléments identiques sont simplement augmentées de 100) Après cela, un autre tampon T 23 intervient, qui est semblable au tampon T 13 L'ensemble forme la voie de référence V 2. Les sorties des tampons T 13 et T 23 sont appliquées à un sommateur analogique pondéré 530, que l'on décrira mainte- nant. Les entrées de ce sommateur 530 sont les deux sorties des tampons T 13 et T 23 Le sommateur 530 lui-même est articulé autour d'un amplificateur opérationnel 310, comportant donc un circuit pour son entrée inverseuse et un circuit pour 5 son entrée non-inverseuse Les commutations sont avantageu- sement réalisées par des contacts 301 et 303 couplés. Dans la position illustrée, on suppose que l'on traite un Gamma inférieur à 1. Les deux entrées sont respectivement connectées à des résis- tances ajustables RA et RB, dont le point milieu vient à travers le contact 301 sur l'entrée non-inverseuse de l'am- plificateur 310 Son autre entrée est simplement reliée à la résistance de contre-réaction fixe R. Dans ces conditions, le coefficient Gamma est égal à RB/(RA+RB). L'homme de l'art comprendra qu'il en résulte un gain de Gamma pour les signaux issus de la voie V 1 et un gain de Un moins Gamma pour les signaux issus de la voie V 2. Lorsqu'on souhaite traiter des valeurs de Gamma supérieures à 1, les contacts 301 et 303 basculent dans l'autre position Dans ce cas, la sortie de la voie V 1 est directe- ment connectée à l'entrée non-inverseuse de l'amplificateur 310. La sortie de la voie V 2 est connectée à deux résistances ajustables en série RB et R dont le point milieu vient sur l'entrée inverseuse du même amplificateur La résistance RA est inutilisée. Dans ce cas, la valeur de Gamma est 1 + R/RB. Et là encore, on obtient un gain de Gamma pour la voie V 1 et un gain de Un moins Gamma pour la voie V 2. La sortie du sommateur 530 est appliquée à un amplificateur exponentiel AE 32 Celui-ci commence par un transistor 322 monté comme les transistors 122 et 222, mais en série devant l'entrée inverseuse de l'amplificateur 320 Celui-ci est muni d'une résistance de contre- réaction 324, et d'une résistance vers son entrée non-inverseuse 325. Par ce montage, on obtient exactement l'effet inverse de celui qui se manifeste dans les amplificateurs logarithmi- ques, o le transistor était monté dans la contre-réaction. En le montant devant l'une des entrées, on réalise directe- ment la fonction réciproque, c'est-à-dire la fonction expo- nentielle correspondante, sous réserve d'un choix convenable des résistances accompagnantes. La sortie de l'étage AE 32 est appliquée à un tampon de sor- tie T 33, muni de deux résistances 332 et 331 qui en Fixent le gain par contre-réaction, et d'une résistance de sortie 333. Il est maintenant fait référence aux formules données en annexe. Les formules (I) donnent les signaux vl et v 2 des deux voies d'entrée, respectivement pour le signal vidéo v S et la ten- sion de référence vr. La formule (II) donne la réponse v 4 de l'amplificateur expo- nentiel pour un signal d'entrée v 3. Les formules (III) et (IV) rappellent les expressions de gamma et ( 1 moins gamma) pour gamma inférieur et supérieur à 1, respectivement. L'homme de l'art comprendra que, dans les deux cas, on ob- tient en sortie un signal de la forme définie par la rela- tion (V). Tous les amplificateurs opérationnels peuvent être du même modèle CLC 400, fabriqué par la Société COMLINEAR. Les transistors 122, 222 et 322 sont par exemple trois des cinq transistors que comprend le module du circuit intégré CA 3127 fabriqué par la Société RTC (La Radiotechnique). Les résistances 10 et 333 valent en principe 75 ohms, ou toute autre valeur adaptée aux impédances de charge habi- tuelles. Toutes les autres résistances valent 270 ohms, sauf les résistances 123, 223 et 325, qui en valent 470. Les résistances RA, RB et l'amplificateur 310 peuvent être interconnectés par câblage dans la configuration désirée, ou, éventuellement, par l'intermédiaire d'un commutateur trois circuits, deux positions, de hautes performances. Ces résistances possèdent une valeur totale d'environ 270 ohms chacune Elles peuvent être ajustées en mode poten- tiométrique, ou simplement par commutation pas à pas sur une résistance à plot. Des tests effectués sur le circuit qui vient d'être décrit, pour des valeurs de Gamma égales à 0,46 et 2,1, ont montré une bande passante stable jusqu'à 60 Megahertz (écart infé- rieur à 1 décibel). Le dispositif s'est avéré posséder des caractéristiques de retard tout à fait satisfaisantes, ainsi qu'une excellen- te stabilité en température, notamment sur la gamme usuelle de 10 'C à 60 'C, des températures régnant dans les disposi- tifs de télévision. La correction effectuée selon l'invention peut s'exprimer comme le produit de la tension de référence Vr portée à la puissance Un moins Gamma par le signal analogique Vs porté à la puissance Gamma. En pratique, les expérimentations conduites ont montré qu'il est bon d'y ajouter un terme de décalage, sensible à diffé- rents paramètres, dont en particulier la température. On obtient alors une meilleure précision sur la valeur de Gamma pour les dispositifs de télévision. Bien entendu, le montage selon l'invention n'est pas limité au mode de réalisation décrit. On peut notamment utiliser plusieurs transistors pour réali- ser les amplificateurs linéaires et logarithmiques. Il est important de choisir des transistors ayant un grand couplage thermique et un couplage électrique aussi faible que possible, en même temps qu'une fréquence de transition élevée. Le circuit de l'invention peut être réalisé avantageusement sous forme intégrée, avec des sorties pour le câblage ou les commutations des éléments 301 et 303 On assure ainsi les mêmes performances pour les valeurs de gamma supérieures et inférieures à 1, qui correspondent à des dispositifs complémentaires: correction à la prise de vues et correc- tion à la visualisation, par exemple. Par ailleurs, l'invention définit un correcteur non-linéaire analogique en large bande qui peut éventuellement avoir d'autres applications que pour la correction de Gamma en télévision, si celles-ci utilisent une fonction puissance. ANNEXE FORMULES (I) vl = K Log (vs/Vo) v 2 = K Log (Vr/VO) (II) v 4 = V O exp (-v 3/K) Y (III) Y Y (IV) r > 1 RB+R RB RB R = _ R RB T = RA+RB (V) VG = vr 1 vs L _ Revendications. 1 Dispositif de correction de Gamma sur signal vidéo, du type comprenant: une entrée analogique (Vs) de signal vidéo, des moyens d'amplification logarithmique (AL 12) en fonc- tion d'une correction de Gamma désirée, et des moyens d'amplification exponentielle (AE 32) pour four- nir le signal corrigé (Vg), caractérisé en ce qu'il comporte: une voie vidéo (V 1) connectée à l'entrée de signal vidéo, et comportant un amplificateur logarithmique à large bande (AL 12), une seconde entrée (VR), recevant une tension continue de référence, une voie de référence (V 2), connectée à cette seconde entrée, et comportant un amplificateur logarithmique à large bande (AL 22) de mêmes caractéristiques que celui de la voie vidéo, un sommateur analogique pondéré ( 530) des sorties des deux voies, avec un gain Gamma pour la voie vidéo, et un gain Un moins Gamma, pour la voie de référence, et un amplificateur exponentiel à large bande (AE 32), dont la sortie fournit le signal corrigé en Gamma. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux amplificateurs logarithmiques à large bande (AL 12,AL 22) ont les mêmes constantes caractéristiques (K, Vo) que l'amplificateur exponentiel à large bande (AE 32). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que les deux amplificateurs logarithmiques à large bande (AL 12,AL 22) et l'amplificateur exponentiel (AE 32) sont réalisés à l'aide de transistors UHF couplés thermiquement, associés à chaque fois à un amplificateur opérationnel. 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que les deux amplificateurs logarithmiques à large bande (AL 12,AL 22) et l'amplificateur exponentiel (AE 32) sont réalisés à l'aide de transistors SHF couplés thermiquement, associés à chaque fois à un amplificateur opérationnel. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caracté- risé en ce que les gains du sommateur analogique pondéré (SE 30) sont conjointement ajustables. 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caracté- risé en ce que le sommateur analogique pondéré (SE 30) com- porte des commutations ( 301,303) pour passer des Gammas inférieurs à 1 aux Gammas supérieurs à 1. 7 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce que le sommateur analogique pondéré (SE 30) com- porte des gains ajustables par résistances pour des valeurs de Gamma comprises entre 0,2 et 5 environ.