Brevet FR2880494A1 — publié le 20060707

PROCEDE DE TRAITEMENT D'IMAGES POUR CORRIGER LES DISTORSIONS D'UN TUBE CATHODIQUE La présente invention se rapporte à un procédé de traitement d'images pour la correction des distorsions dans un tube cathodique. La qualité et la performance d'un téléviseur se mesurent généralement selon des critères de géométrie, de convergences et de registre. Le niveau de performance atteint aujourd'hui est satisfaisant mais, avec l'arrivée de la télévision haute définition et des nouvelles technologies d'écran (LCD, Plasma, OLED,...), ce niveau doit encore être amélioré tout en réduisant le coût du produit. Le niveau de performance des composants électroniques logiques et analogiques est aujourd'hui tel qu'il est possible d'effectuer des millions d'opérations arithmétiques et logiques à la seconde. Dans ce contexte, il devient possible de traiter à bas coût les signaux vidéo haute fréquence et de les précorriger afin de compenser les défauts des tubes cathodiques et ainsi améliorer leurs performances et leur coût. Un des défauts de géométrie, qui est en partie corrigé sur les châssis actuels, est le défaut de "breathing" provenant des variations de l'alimentation très haute tension (ci-après dénommée THT) du téléviseur. Ce défaut provient du fait que l'alimentation haute tension des châssis actuels n'est pas régulée. Les variations de l'amplitude de la tension THT sont fonction du contenu vidéo. Ces variations de la tension THT modifient les conditions d'accélération des faisceaux électroniques dans le tube et créent ainsi des variations de la géométrie de l'image. Les variations de géométrie sont compensées dans les châssis actuels par des circuits électroniques agissant notamment sur les signaux de commande de l'électronique de correction Est/Ouest et du balayage trame. Il est également possible de remplacer ces compensations "électroniques" par des corrections numériques effectuées directement sur le contenu vidéo qui sont plus efficaces et moins coûteuses. Les corrections numériques du contenu vidéo consistent généralement à caractériser les distorsions d'image créées par l'alimentation THT du tube cathodique, à déterminer ensuite, pour chacune des images à afficher, les distorsions les affectant et enfin à générer des images précorrigées comportant les distorsions inverses. Actuellement, pour caractériser les distorsions à court terme des images engendrées par l'alimentation THT, la solution consisterait à employer un diviseur capacitif entre le point bas de la capacité d'anode du tube cathodique et la masse. Le principal inconvénient de cette méthode est que le point bas de la capacité d'anode du tube cathodique n'est alors plus un point froid du châssis. Il est alors nécessaire de rajouter des fonctions supplémentaires pour protéger le tube contre le risque d'arcs, ce qui engendre un surcoût du téléviseur. L'utilisation d'un pont diviseur résistif directement sur l'anode du tube est également envisageable pour récupérer les composantes AC et DC de la tension THT, mais cela engendre également un surcoût du téléviseur car il s'agit de résistances très haute tension. Une autre possibilité consisterait à utiliser un signal représentatif du courant de faisceau du tube et de le traiter pour qu'il puisse donner une bonne représentation de la valeur de la tension THT. L'ensemble des ces solutions présente toutefois l'inconvénient de constater 30 à posteriori la valeur de la tension THT: on mesure en fait les variations de la tension THT au moment ou l'image est affichée. De plus, dans le cas d'un traitement vidéo, il y a nécessairement un retard entre le traitement d'une image et l'affichage de cette même image. La valeur de la tension THT qu'il importe de connaître pour un prétraitement correct de l'image, est celle qui sera effective lors de l'affichage de cette image. La présente invention vise à pallier cet inconvénient. Selon l'invention, le procédé de l'invention comporte une étape de prédiction de la valeur de la tension THT pour déterminer à l'avance, pour chaque image, la valeur de la THT au moment de l'affichage de cette image et déterminer ensuite l'image pré-corrigée appropriée. La présente invention concerne un procédé de traitement d'une séquence d'images vidéo à afficher avec un dispositif d'affichage à tube cathodique, lequel procédé est destiné à corriger les distorsions créées par le circuit d'alimentation haute tension du dispositif d'affichage et comporte les étapes suivantes: - caractériser les distorsions créées par le circuit d'alimentation haute tension du dispositif d'affichage, et pour chaque image de la séquence à afficher, déterminer les distorsions 20 l'affectant et générer une image précorrigée comportant les distorsions inverses, caractérisé en ce que, pour caractériser les distorsions créées par le circuit d'alimentation haute tension, on définit un modèle apte à délivrer, en fonction du signal vidéo des images à afficher, un signal représentatif des variations de la tension de sortie du circuit d'alimentation haute tension pendant l'affichage de ces images. Le signal représentatif.des variations de la tension de sortie du circuit d'alimentation haute tension comporte une composante basse fréquence, 30 THT DC, et une composante haute fréquence, THT_AC. La composante basse fréquence THT_DC est calculée soit à partir d'une tension de grille destinée à polariser une grille du canon du tube cathodique, soit à partir d'un signal de faisceau représentatif du courant de faisceau du tube cathodique. Pour calculer la composante haute fréquence THT AC, on définit par modélisation le courant de charge et le courant de décharge de la capacité du tube cathodique du dispositif d'affichage pour chaque ligne d'image, et on calcule ensuite la composante haute fréquence en sommant, pour chaque ligne, les tensions obtenues par intégration du courant de charge et du courant de décharge. Dans un premier mode de réalisation, le courant de charge et le courant de décharge de la capacité du tube cathodique sont modélisés à partir du 15 signal vidéo des images et de la tension de grille pour lesdites images. Dans un deuxième mode de réalisation, le courant de charge est déterminé d'une autre manière. Il est mesuré dans une résistance dans le pied du tube cathodique pendant la charge de la capacité du tube. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un transformateur à diodes séparées DST utilisé classiquement pour générer la tension THT; - la figure 2 est un schéma équivalent du transformateur relié au tube cathodique pendant une phase de décharge où les signaux vidéo sont affichés; - la figure 3 est un schéma équivalent du transformateur relié au tube cathodique pendant une impulsion de retour ligne; - la figure 4 représente l'évolution de la tension de balayage ligne, de la tension THT et du courant de cathode du tube pendant l'affichage de quelques lignes d'une image; - la figure 5 représente un schéma illustrant un mode préféré de 5 génération de la tension THT à partir d'une composante basse fréquence THT DC et une composante haute fréquence THT_AC, et - la figure 6 représente les étapes du procédé de l'invention. Selon l'invention, il est proposé de prédire les variations de la tension THT pour être en mesure de déterminer les distorsions qui affecteront les images lors de leur affichage. Pour ce faire, il est prévu d'utiliser les signaux vidéo R,V,B. Ces prédictions sont établies à partir d'un modèle mathématique permettant de déterminer la tension THT fournie au tube pendant l'affichage d'une image à partir des valeurs des signaux RVB de cette image. Ce modèle simule le fonctionnement du transformateur à diodes séparées (ci-après référencé DST) chargé usuellement de fournir la tension THT au tube. Ce modèle peut prédire la tension THT sur une ou plusieurs trames en fonction de la précision souhaitée. Il est représentatif du comportement court/moyen terme (de quelques lignes à quelques trames) de la tension THT et peut s'appuyer sur la mesure d'une composante long terme pour recaler la valeur de la THT au bout de quelques trames. Avec ce modèle, il est alors possible de prédire les variations de la tension THT et d'intégrer ensuite par anticipation les corrections de géométrie nécessaires dans les images à afficher. Avant d'expliquer plus en détail le procédé de l'invention, il convient de décrire brièvement le schéma d'un transformateur à diodes séparées DST utilisé classiquement pour générer la tension THT. Un tel schéma est représenté à la figure 1. Le transformateur à diodes séparées, référencé 10, est un transformateur couramment employé pour élever la tension. L'enroulement primaire est une bobine d'inductance L recevant à ses bornes une tension d'alimentation Vcc et le signal de tension de retour ligne. L'enroulement secondaire se compose d'une pluralité d'enroulements L1 à L5 montés en série et séparés par des diodes Dl à D5. Chaque enroulement secondaire voit le même flux et donc la même tension secondaire. La mise en série de plusieurs enroulements permet de limiter la tension inverse des diodes et on peut ainsi atteindre des tensions de sortie très élevées (de l'ordre d'une trentaine de kilovolts) avec des diodes dont la tension inverse est seulement de quelques kilovolts (de l'ordre de 8Kv). L'enroulement secondaire délivre la tension THT et, sur des sorties intermédiaires, des tensions inférieures G2 et G3 obtenues par division potentiométrique de la tension THT et destinées à alimenter les grilles appelées couramment G2 et G3 du canon du tube. Une tension V_info_faisceau, représentative du courant moyen du faisceau dans le tube cathodique, est éventuellement disponible sur une autre sortie du transformateur. Cette tension est obtenue à l'aide d'un circuit intégrateur composé d'une résistance RI montée en parallèle avec un condensateur Cl et connecté entre ladite sortie et un potentiel de référence. Les valeurs de la résistance et du condensateur La modélisation de la tension THT à partir des signaux vidéo va être maintenant décrit. La décomposition en série de Fourier s'applique généralement aux signaux périodiques. Néanmoins, une information, quelle qu'elle soit, variant au cours d'un temps déterminé, peut toujours se décomposer en la somme d'une composante basse fréquence DC et d'une composante haute fréquence AC. Le rafraîchissement de l'image d'un téléviseur étant périodique, cela revient à sommer, pour la tension THT, une composante continue THT_DC, représentant la valeur moyenne de la tension THT sur quelques images, avec une composante variable, THT_AC, représentant l'évolution instantanée de la tension THT sur ces mêmes images. A partir d'une décomposition en série de Fourier, on peut donc exprimer la tension THT de la façon suivante: THT(t) = ao +E(an cos(nwt)+ bn sin(nwt))+(an cos(nwt)+bn sin(nwt)) où - la composante basse fréquence THT_DC(t) est égale à THT_DC(t)=a0 +1(an cos(nwt)+bn sin(nwt)), et - la composante haute fréquence THT_AC(t) est égale à THT_AC(t) = E(an cos(nwt) +bn sin(nwt)). La composante basse fréquence THT_DC(t) est la composante long terme qui sert à recaler la valeur de la prédiction de la tension THT toutes les n trames vidéo, n étant par exemple à 2 ou plus. Cette composante ne dépend pas directement du signal vidéo R,V,B courant. Calcul de la composante THT DC(t) La composante THT_DC(t) peut être obtenue: - à partir du signal de tension utilisé pour polariser la grille G2 du canon du tube cathodique; ou - à partir du courant de faisceau du tube, information obtenue à partir du signal V_info_faisceau. Ces deux signaux présentent des variations à long terme et peuvent donc 25 être mesurés sur des trames précédant la trame courante. La composante THT_DC(t) peut être ainsi modélisée par un polynôme du second degré du type ax2+bx+c avec x= V_info_faisceau ou G2. Si la précision n'est pas suffisante, ce polynôme peut être complété par un terme différentiel du premier ordre. Par exemple, pour un canon du type Vector ayant une tension G2 comprise entre 870 volts et 950 volts et pour x=G2, on a obtenu les coefficients suivants: a= 7.96 10-2; b= -114; c= 68505; Pour x= V_info_faisceau compris entre 1,6 volts et 6,5 volts, on a obtenu les résultats suivants: a = 13,76; b=73,24; c = 30305; Bien entendu, ces valeurs ne sont données qu'à titre d'exemple. Calcul de la composante THT AC(t) De même, la composante THT_AC(t) peut être obtenue de deux façons différentes: (1) par modélisation de la charge et décharge de la capacité du tube cathodique avec comme signaux d'entrée les signaux vidéo R,V,B et le signal G2; la prédiction est alors possible sur au moins une trame; ou (2) par une mesure du courant de charge dans le pied du tube et par un calcul du courant de décharge avec, comme signaux d'entrée, les signaux R,V,B et G2; dans ce cas, la prédiction est possible sur une ligne. (1) Modélisation de la charge et décharge de la capacité du tube cathodique A l'échelle d'une ligne de balayage, on peut décomposer l'évolution de la THT en deux phases: (1.1) une phase de décharge pendant laquelle le signal vidéo est affiché; pendant cette phase, le canon du tube émet des électrons et la capacité du tube se décharge; il n'y a pas d'impulsion de retour ligne et les diodes du transformateur 10 sont bloquées; pendant cette phase, le schéma équivalent du tube cathodique est illustré par la figure 2. Ce schéma comprend une résistance Rc, représentant la résistance de la couche de graphite collée sur la surface intérieure et extérieure du tube cathodique. Cette résistance est communément appelée résistance de "coating". Cette résistance est montée en série avec la capacité du tube Ctube et une source de courant délivrant un courant de décharge id(t)= f(R,V,B,G2). La source de courant modélise le courant dans le canon du tube. Le courant global id(t) est la somme des courants des trois cathodes, dédiées chacune à l'affichage de l'un des signaux vidéo R, V, B. L'équation du courant de décharge id(t) pour chacune de ces cathodes est de la forme a'x4 + b' x3 + c' x2 + d' x + e où x est la tension de cathode diminuée de la tension nécessaire à sa conduction (couramment appelée tension de "cut-off'). Les coefficients a', b', c', d' et e' sont des fonctions polynomiales de degré 2 de la tension G2 et ils sont différents pour chaque cathode. Par exemple, pour le canon du type donné précédemment, on a obtenu les coefficients suivants: - pour la cathode rouge: a = 5,5645.1041 G2 -4, 9243.1008 b= 4,0903.1012ÉG22 - 1,6116.10-08=G2 + 1,2863.1 es c= 79,2248. 10-10-G22 + 2,4397.10-06ÉG2 - 1,4332.10 3 d= 3,4105.10"08*G22 - 7,6526.1005-G2 + 4,6775.10-02 e= -8,6611.10-08=G22 + 1,6928.10-04ÉG2 - 7,4740.10 2 - pour la cathode verte: a= -2,6650.10-11ÉG2 + 2,7656.1008 b= 1,3988.1011=G22 - 2,5156.1008=G2 + 1,2612.10"05 c= -1,1522.10-09=G22 + 2,0234. 10" 6ÉG2 - 8,4536.10-04 d= 3,2522.10-08ÉG22 - 6,1800.10-05-G2 + 3,4496. 10 2 e= -3,6885.1008ÉG22 + 8,0765.10-05-G2 - 3,5027.10-02 - pour la cathode bleue: a= -4,7213.10"11=G2 + 4,6983.1008 b=1,0741.10-11ÉG22 - 1, 4188.10-08=G2 + 5,3592.1006 c=-1,2328.10-09*G22 + 1,8090.10-06ÉG2 - 5, 7286.10-04 d=3,885010-08,G22 - 6,5259.10-05-G2 + 3,1976.10.02 e=-1,0422. 10-07=G22 + 1,9519.10- 4-G2 - 7,8503.10-02 Comme indiqué précédemment, la tension G2 est considérée comme 5 constante à court terme et peut être mesurée sur les trames ou lignes précédant la trame ou la ligne courante. (1.2) une phase de charge pendant laquelle le signal vidéo n'est pas affiché et l'impulsion de retour ligne recharge la capacité du tube; les diodes du transformateur 10 sont passantes lorsque l'impulsion de retour ligne, qui est amplifié par le transformateur 10, dépasse le niveau de la tension aux bornes de la capacité du tube. Pendant cette phase, le schéma équivalent du tube cathodique est illustré par la figure 3. Il comprend 6 éléments montés en série: - une source de tension G délivrant un signal e (t)= E0 É sin wt représentant le signal de retour de ligne amplifié par le rapport de transformation du transformateur 10, - une inductance LDST représentant l'inductance du transformateur 10 vue de la sortie de celui-ci, - une résistance RDST représentant la résistance du transformateur 10 vue de la sortie de celui-ci, - la résistance de "coating" Rc, - la capacité Ctube représentant la capacité du tube cathodique, et - une diode D pour laisser passer le courant du générateur eO(t) vers la 25 capacité du tube. Les chronogrammes de la figure 4 décrivent plusieurs phases de charge et de décharge consécutives sur une suite de lignes vidéo ayant un niveau constant. Cette figure montre, pour cette suite de lignes, la tension de balayage ligne, la tension THT(t) et le niveau vidéo affiché sur ces lignes. L'équation du courant de charge pour une ligne L est: i(t) = ic(tt,) ic(t-t2) avec t,= W É aresin(-) et t2 2 t et i(t a)= (w cos(w.(t+a)) +sin(w a)) R *(e-"' e-"2) où : É * est un produit de convolution, É E0 est la tension à vide du transformateur 10; elle peut être modulée par un signal de correction Est/Ouest du balayage du tube; É UL est la tension de charge de la capacité du tube avant le retour ligne, É w = 2u et T est la période ligne, É R= RDST+Rc, R+\1R2 Ra2 R \/R2 R2 avec Ra =2. É = À2 = a - - 2LDST La composante THT_AC(t) est la somme, pour chaque période ligne, des tensions obtenues par intégration du courant de charge ic(t) et du courant de décharge id(t) traversant la capacité du tube. Modélisation par mesure du courant de charqe dans le pied du tube et par 20 calcul du courant de décharqe Dans le cas où l'on utilise la mesure du courant de charge dans le pied du tube, on place une résistance dans le pied du tube pour capter l'information de charge pendant la phase de charge de la période ligne. Concernant le courant de décharge, il est calculé comme décrit en (1.1). Quelle que soit la solution retenue pour le calcul de la composante AC, les calculs nécessitant des intégrations successives risquent d'entraîner des 21- DST L DST C erreurs. Afin de supprimer ce risque de divergence, il convient d'apporter avantageusement une correction. L'idée retenue, dont le principe est schématisé en figure 5, est de corriger la composante THT_AC(t) avec un signal de correction e(t) avant de l'additionner à la composante THT_DC(t). Ce signal de correction (t) est le résultat de la comparaison entre la composante THT_DC(t) et le signal final THT(t) préalablement filtré par un filtre passe-bas. De même, le signal THT _AC(t) + e(t) est filtré par un filtre passe-haut avant d'être additionné à la composante THT_DC(t). Le filtre passe-haut définit la bande passante de la composante AC et le filtre passe- bas celle de la composante DC. La bande de fréquence commune définit la plage active de correction. Ainsi, selon l'invention, la tension THT délivrée par le transformateur 10 est prédite pour chaque image de la séquence à afficher. Les distorsions affectant les images à afficher qui vont survenir au moment de l'affichage de celles-ci peuvent être prédites. Par exemple, si la variation de la tension THT crée un zoom local ou un zoom global de l'image au moment de son affichage, on peut prédire ce zoom à partir de la tension THT prédite. On modifie ensuite les données vidéo de l'image pour celle-ci comporte le zoom inverse. Ce zoom inverse introduit dans les données vidéo va permettre de compenser les distorsions introduites par la variation de la THT. Ces étapes sont représentées à la figure 6. En référence à la figure 6, les images source à afficher sont d'abord traitées à une étape 11 pour prédire la tension THT fournie au tube cathodique au moment l'affichage de ces images. Cette prédiction est ensuite utilisée à une étape 12 pour prédire les distorsions qui affecteront ces images au moment de leur affichage. Ces distorsions servent ensuite à déterminer, lors d'une étape 13, les distorsions inverses et à les appliquer aux images source. REVENDICATIONS 1) Procédé de traitement d'une séquence d'images vidéo à afficher avec un dispositif d'affichage à tube cathodique, lequel procédé est destiné à corriger les distorsions créées par le circuit d'alimentation haute tension du dispositif d'affichage et comporte les étapes suivantes: caractériser (11) les distorsions créées par le circuit d'alimentation haute tension du dispositif d'affichage, et - pour chaque image de la séquence à afficher, déterminer (12) les distorsions l'affectant et générer (13) une image précorrigée comportant les distorsions inverses, caractérisé en ce que, pour caractériser les distorsions créées par le circuit d'alimentation haute tension, on définit un modèle apte à délivrer, en fonction du signal vidéo (R,V,B) des images à afficher, un signal représentatif (THT(t)) des variations de la tension de sortie du circuit d'alimentation haute tension pendant l'affichage de ces images. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal représentatif des variations de la tension de sortie du circuit d'alimentation haute tension comporte une composante basse fréquence (THT_DC) et une composante haute fréquence (THT AC). 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en que ladite composante basse fréquence (THT_DC) est calculée à partir d'une tension de grille (G2) destinée à polariser une grille du canon du tube cathodique. 4) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en que ladite composante basse fréquence (THT_DC) est calculée à partir d'un signal de faisceau (V_info_faisceau) représentatif du courant de faisceau du tube cathodique. 5) Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite composante basse fréquence (THT_DC) est un polynôme du second degré de ladite tension de grille (G2) ou dudit signal de faisceau (V info_faisceau). 6) Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que, pour calculer la composante haute fréquence (THT AC), on effectue les étapes suivantes: - définir par modélisation le courant de charge (id) et le courant de décharge (id) de la capacité du tube cathodique du dispositif d'affichage pour chaque ligne d'image, et - ça Iculer ladite composante haute fréquence (TH- LAC) en sommant, pour chaque ligne, les tensions obtenues par intégration du courant de charge (id) et du courant de décharge (id). 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le courant de charge Oc) et le courant de décharge (id) sont modélisés à partir du signal vidéo des images et de ladite tension de grille (G2) pour lesdites images. 8) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le courant de charge (id) est mesuré par une résistance dans le pied du tube cathodique pendant la charge de la capacité du tube et le courant de décharge (id) est modélisé à partir du signal vidéo des images et de ladite tension de grille (G2) pour lesdites images.