DE69423541T2

DE69423541T2 - Bildkontrastregelung durch Gammasteuerung

Info

Publication number: DE69423541T2
Application number: DE69423541T
Authority: DE
Inventors: Stephen Herman
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-06-14
Filing date: 1994-06-07
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2014-06-08
Also published as: EP0630160A3; EP0630160B1; JPH07143358A; US5394195A; EP0630160A2; DE69423541D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Steuerung des Kontrastes in einem Fernsehempfänger.

Beschreibung des Standes der Technik

Zur Zeit wird der Kontrast von Fernsehwiedergabeanordnungen auf vier verschiedene Arten und Weisen gesteuert. Die ersten zwei sind Benutzersteuerungen, die von dem Benutzer eingestellt werden auf Basis der eigenen Vorzugswerte. Die zwei letzteren sind in dem Fernsehempfänger vom Hersteller vorgesehen. Diese vier Steuerungen umfassen:
(1) Die "Kontrast"-Steuerung bei dem Fernsehempfänger variiert die Verstärkung der Wiedergabeanordnung; eine Steigerung der Verstärkung vergrößert den Kontrast. Eine zu große Verstärkung kann jedoch dazu führen, dass die hellen Stellen des Bildes "abgeschnitten" werden.
(2) Die "Helligkeit"-Steuerung steuert den DC-Pegel des schwärzesten Teils des Bildes. Eine Steigerung der Helligkeitssteuerung gibt den Eindruck eines helleren Bildes, aber auf Kosten einer kleineren Farbsättigung und eines kleineren Kontrastes.
(3) Die "Gammakorrektur" ist meistens vom Hersteller eingebaut. Bei Wiedergabeanordnungen auf Basis von Elektronenstrahlröhren gibt es ein nicht-lineares Verhältnis zwischen der angewandten Signalspannung und der resultierenden Bildintensität. Gammakorrektur versucht die durch solche Nicht-Linearitäten verursachten Verzerrungen dadurch auszugleichen, dass das Signal in der entgegengesetzten Richtung vorverzerrt wird. Diese Linearisierung des Bildes verbessert oft den Bildkontrast. Es ist möglich durch Steigerung der Gammakorrektur einen zusätzlichen Tiefpegel- Kontrast zu schaffen.
(4) "Schulterverbesserung" macht die Übergänge in dem Signal an detektierten Schultern steiler, was die Sichtbarkeit von Einzelheiten in einem Bild verbessert.
Diese herkömmlichen Verfahren der Kontraststeuerung werden normalerweise auf einheitliche Weise auf das ganze Bild angewandt. Da der dynamische Bereich von Wiedergabeanordnungen beschränkt ist, ist es nicht möglich, gleichzeitig kleine Variationen in der Bildintensität, d. h. kleine Einzelheiten gleichzeitig in den hellen und dunklen Gebieten wahrzunehmen.
In US-A-4 829 381 (Song & Al) wird ein System und ein Verfahren beschrieben, das vorgesehen ist zur ständigen Verbesserung elektronischer Bilddaten, empfangen in einem kontinuierlichen Strom elektronischer Informationssignale, wobei das elektronische Informationssignal, das jedem Pixel des aufgezeichneten Bildes entspricht, selektiv transformiert wird als Funktion des Mittelwertes elektronischer Informationssignale für eine selektierte Anzahl Pixelwerte in der unmittelbaren Umgebung des transformierten Pixelwertes. Die elektronischen Informationssignaltransformationen werden auf Pixel-zu-Pixel-Basis geschaffen zur Steigerung des Kontrastes in bestimmten Gebieten, die entweder hell oder dunkel sein können, als Ergebnis einer Variation der Szenenbeleuchtungsumstände. In US-A-4 667 228 (Kawamura & Al) wird ein System beschrieben, bei dem ein Kontrastkorrektursignal erzeugt wird zum Ausgleichen des beschränkten Kontrastbereichs bekannter Bildwandler. Das eine Signal der primären Farbsignale mit der höchsten Leuchtdichte wird tiefpassgefiltert, die Amplitude, die indikativ ist für dunklere Bildteile wird hochgetrieben durch Verwendung eines nicht linearen Verstärkers, wobei das resultierende Signal von einem Austastsignal subtrahiert wird, das derselben nicht linearen Verstärkung ausgesetzt worden ist und das resultierende Differenzsignal wird mit dem Videosignal multipliziert. Das Ausgangssignal des Multiplizierers bildet das Korrektursignal, das zu dem FBAS- Signal addiert wird. Das Verfahren und das System sind in bezug auf das PAL-, NTSC- und SECAM-System dargestellt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den dynamischen Bereich des Bildes und die Sichtbarkeit der Einzelheiten eines Videosignals an der Wiedergabeanordnung zu verbessern.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine örtliche dynamische Gammakontraststeuerung zu schaffen, durch die es möglich wird, den Kontrast an den örtlichen Helligkeitspegel in jedem Bereich jedes Bildes anzupassen, wobei die dunklen Stellen des Bildes mehr sichtbar gemacht werden, ohne dass die helleren Teile als ausgebleicht erscheinen.
Die obenstehenden Aufgaben werden erfüllt mit einem Verfahren zum Schaffen einer dynamischen Gammakontraststeuerung eines Videosignals, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: das Tiefpass-Filtern des Eingangs-Videosignals, so dass Verarbeitung nur an den NF- Anteilen darin erfolgt, das pixelweise Normalisieren des tiefpassgefilterten Videosignals, so dass der Wert desselben sich von 0 bis zu einem vorbestimmten maximalen Wert A erstreckt, wobei ein normalisiertes Signal gebildet wird, das Addieren eines vorbestimmten Parameters B zu dem normalisierten Signal, wobei ein Gamma-Exponent gebildet wird, das Normalisieren des Eingangs-Videosignals, so dass die Werte derselben zwischen 0 und 1,0 liegen, das pixelweise Erhöhen des normalisierten Videosignals zu einer exponentiellen Potenz entsprechend dem Gamma-Exponenten, wodurch ein korrigiertes normalisiertes Videosignal gebildet wird, und Neuskalierung des korrigierten normalisierten Videosignals zu dem vollen dynamischen Bereich des Eingangs-Videosignals.
Ein erster Aspekt der Erfindung schafft ein Verfahren, wie in Anspruch 1 definiert.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung schafft eine Schaltungsanordnung, wie in Anspruch 8 definiert.
Ein dritter Aspekt der Erfindung schafft eine digitale Schaltungsanordnung, wie in Anspruch 9 definiert.
Ein vierter Aspekt der Erfindung schafft eine analoge Schaltungsanordnung, wie in Anspruch 10 definiert.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Graphik, welche die Eingangs-Ausgangs-Charakteristiken eines normalisierten Signals zeigt, erhöht zu den exponentiellen Potenzen 0,5 und 2,0;
Fig. 2 eine Graphik, welche die NF-Eingangs-Ausgangs-Charakteristiken eines Videosignals zeigt, wenn der Gammakorrektur der vorliegenden Erfindung ausgesetzt;
Fig. 3 eine Graphik, die ein simuliertes Zeilensignal D und die Effekte einer Tiefpassfilterung darauf zeigt;
Fig. 4 eine Graphik des simulierten Zeilensignal, mit dem Überschuss und Unterschuss des simulierten Zeilensignals, verursacht durch die Verarbeitung, wobei das Gamma eine Funktion der Tiefpassfilterung ist;
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Fernsehempfängers mit einer darin vorgesehenen Gammekorrekturschaltung;
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer ersten Basisausführungsform einer dynamischen Gammakontraststeuerschaltung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer zweiten Basisausführungsform einer dynmaischen Gammakontraststeuerschaltung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer dynamischen Gammakontraststeuerschaltung der vorliegenden Erfindung mit einer digitalen Implementierung;
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer dynamischen Gammakontraststeuerschaltung der vorliegenden Erfindung mit einer analogen Implementierung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die SMPTE-Normen setzen voraus, dass eine Fernsehwiedergabeanordnung eine Elektronenstrahlröhre ist mit einem Gamma von 2,2. Das heißt, das der Lichtausgang I als Funktion der Eingangsvideosignalspannung V gegeben wird durch:
(1) Iout = V2,2
Zum Ausgleichen dieser vorausgesetzten Ausgangsverzerrung haben alle Standard- Videokameras und andere Quellen eine eingebaute Gamma-Korrektur von ¹/&sub2;.2 = 0,45. Das heißt, die Ausgangsspannung der Kamera als Funktion des Eingangslichtpegels ist:
(2) Vout = Iin0,45
Die Elektronenstrahlröhren in den heutigen Empfängern haben typisch ein Gamma von 2, 2 bis 2,8, abhängig von der verwendeten Elektronenstrahlröhre.
Deswegen wird oft empfohlen, dass im Empfänger eine gewisse zusätzliche Gammakorrektur durchgeführt wird. Wenn die Videoquelle ursprünglich aug ein Gamma von 2,2 korrigiert wird, und die Wiedergabeanordnung hat ein Gamma von 2,8, kann es erwünscht sein, die Videodaten in dem Empfänger auf 2,8 neu zu korrigieren. Die Eingangs- und die Ausgangsspannungen des Gammakorrekturkreises in dem Empfänger haben die nachfolgende Beziehung:
(3) Vout = Vin2,2/2,8 = Vin0,786
Erhöhung der Eingangsspannung auf einen Exponenten niedriger als eins vor der Wiedergabe steigert oft die Gesamthelligkeit und den Kontrast von Einzelheiten in dem dunklen Teil des Bildes.
Das oben beschriebene Verfahren ist was zur Zeit in Fernsehempfängern gemacht wird. Die vorliegende Erfindung erweitert dieses Verfahren der Kontrastverbesserung dadurch, dass dieser Kontrast örtlich angepasst wird.
Fig. 1 zeigt die Eingangs-Ausgangsverhältnisse, wenn die Eingangsspannung (normalisiert auf Eins) auf den Exponenten 0,5 und den Exponenten 2,0 erhöht wird. Der Exponent von 0,5 schafft Verstärkung für die niedrigen Eingangssignalwerte und Sättigung, oder Rückentzerrung, der hohen Signalwerte. Im Gegensatz dazu dämpft der Exponent von 2,0 niedrige Signalwerte und betont hohe Signalwerte. Wenn dieses Prinzip angewandt wird, wird eine örtliche Gammakorrektur angewandt mit der nachfolgenden Einstellung auf das Videosignal:
1. Umwandlung des Eingangsvideosignals in R,G,B-Anteile unter Anwendung durchaus bekannter Verfahren;
2. Ableitung einer leuchtdichteartigen zweidimensionalen Signals g(x, y), definiert an jeder Pixelstelle als das Maximum der drei Signale R, G und B bei diesem Pixel;
3. Tiefpassfilterung des Signals g(x, y) um glow(x, y) zu erhalten;
4. Normalisierung des tiefpassgefilterten Videosignals, so dass die Werte sich beispielsweise von 0 bis A erstrecken und das Hinzufügen eines zweiten Parameters B, wie folgt:
(4) h(x, y) = {glow(x, y) · A/Maximum(glow(x, y))} + B
5. Normalisierung des ursprünglichen Videosignals, so dass die Werte sich von 0,0 bis 1,0 erstrecken, ausgedrückt als gnorm(x, y).
6. Bei jedem Pixel aus dem Verfahrensschritt 5 Erhöhung des normalisierten Videosignals auf eine exponentielle Potenz mit dem in Schritt 4 gegebenen Wert. Auf diese Weise soll der Ausgang der Verarbeitung wie folgt sein:
(5) gout(x, y) = gnorm(x, y)h(x, y)
7. Neuskalierung gout(x, y) zu dem vollen dynamischen Bereich des Eingangsvideosignals.
Es wurde gefunden, dass A in dem Bereich von 1,2 und 2,55 abfallen sollte, während B in dem Bereich von 0,1 bis 0,9 abfallen sollte. A sollte dem Wert 1,34 entsprechen, während B dem Wert 0,45 entsprechen sollte. Für diese Werte ist die Eingangs-Ausgangskurve in Fig. 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Verstärkung (die Neigung der Kurve in Fig. 2) bei niedrigen Eingangswerten am höchsten ist, zu einem Minimumwert im Mittenbereich geht (um 400-600 auf der Skala der Graphik in Fig. 2), und bei hohen Werten wieder ansteigt.
Eine derartige Eingangs-Ausgangs-Übergangskurve liefert eine wesentliche Verbesserung bei niedrigen Intensitätswerten. An sich würde sie in anderen Intensitätsbereichen einen sehr "ausgebleichten" Eindruck geben, insbesondere im Mittenbereich. Die dynamische Bereichskompression der vorliegenden Erfindung schafft nur ein psychophysikalisch befriedigendes Ergebnis durch die Schulterverbesserung, welche das Verfahren automatisch liefert. Zur Erläuterung der Schulterverbesserung ist in Fig. 3 eine beliebig simulierte Bildabtastzeile dargestellt. Das Signal D ist mit einer gezogenen Linie angegeben. Die tiefpassgefilterte Version LP ist mit mehr schräglaufenden Schultern überlagert. Sie wurde hergeleitet durch Abwicklung der ursprünglichen Wellenform durch ein rechteckiges Fenster mit der Größe 50. Die Verarbeitung besteht aus der Erhöhung der Signalkurve D um eine exponentielle Potenz, gegeben durch die Kurve LP des gefilterten Signals, alles einwandfrei skaliert, wie oben beschrieben. Niedrige Werte dieses Exponenten ergeben eine hohe Verstärkung. Steigende Werte des Exponenten ergeben eine abfallende Verstärkung. Bedenke was geschieht bei dem ersten Übergang der gezogenen Wellenform von 0,0 zu 0,5. Zu dem Zeitpunkt dieses Übergangs eilt der Exponent LP nach, wodurch eine hohe Verstärkung geschaffen wird. Danach, wenn die Kurve LP des gefilterten Signals die gezogene Kurve "einholt", wird der Wert auf einer niedrigeren Verstärkung stabilisiert. Der resultierende Überschuss ist bei der ersten Schulter in Fig. 4 dargestellt. Diese Über schüsse und Unterschüsse schaffen die Schulterverbesserung, die zum einwandfreien Funktionieren des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wesentlich ist. Die Größe des faltenden Fensters für das Tiefpassfilter ist ein Parameter des Verfahrens. Typische Werte für ein normales NTSC-Bild, abgetastet mit einer Rate von 14,3 MHz reicht von 20 bis etwa 40. Vorzugsweise wird das Videosignal durch ein quadratisches Fenster einer einheitlicher Gewichtung und Größe 31-zu-31 für ein NTSC-Videosignal, abgetastet mit 14,3 MHz gefaltet.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Fernsehempfängers. Der Fernsehempfänger umfasst einen Antenneneingang 10 zum Empfangen von Fernsehsignalen. Der Antenneneingang 10 ist mit einer Abstimmschaltung 20 verbunden zum Abstimmen auf und Empfangen von einem bestimmten Videosignal. Ein Ausgangssignal der Abstimmschaltung 20 mit einem Basisband-Videosignal wird einem Eingang einer Matrixschaltung 30 zugeführt zum Herleiten der einzelnen Farbsignale R, G und B. Diese Farbsignale werden einer Gammakorrektur ausgesetzt, die von der Gammakorrekturschaltung 40 gesteuert wird. Die gammakorrigierten Signale werden danach einer Videosignal-Verarbeitungsschaltung 50 zugeführt zur weiteren Verarbeitung und sie werden danach einer Wiedergabeanordnung 60 zugeführt zur Wiedergabe der resultierenden Videobilder.
Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild der teilweisen Gammakorrekturschaltung 40 nach Fig. 5. Die Ausgänge R, G, B der Matrixschaltung 30 werden einerseits den Eingängen einer Verstärkeranordnung 42 mit veränderlicher Verstärkung zugeführt und andererseits einer den Maximalwert bestimmenden Schaltungsanordnung 44 zum pixelweisen Bestimmen des Maximalwertes der drei Signale. Ein Ausgang V&sub1; dieser den Maximalwert bestimmenden Schaltungsanordnung 44 wird einer Analog- Digital-Wandlung in A/D 46 ausgesetzt und wird danach einem Eingang einer das digitale Signal verarbeitenden Schaltungsanordnung (DSP) 48 zugeführt. Diese DSP- Schaltungsanordnung 48 bestimmt pixelweise den Wert V&sub2;/V&sub1;, wobei
(6) V&sub2; = V&sub1;(k1+k2 1)
wobei &sub1; der Mittelwert von V&sub1;(x, y) ist über das bewegende rechteckige Fenster, wobei k2 dem Wert A entspricht und k1 dem Wert B entspricht.
Das Ausgangssignal wird einem Steuereingang der Verstärkeranordnung 42 mit veränderlicher Verstärkung zugeführt zum Variieren der Verstärkung der selben nach den vorliegenden Erfindung. Das Ausgangssignal der Verstärkeranordnung 42 mit veränderlicher Verstärkung wird danach der Wiedergabeanordnung 60 zugeführt (und zwar über die das Videosignal verarbeitende Schaltungsanordnung 50).
Fig. 7 zeigt eine alternative Ausführungsform zu der aus Fig. 6. Insbesondere wird jedes der Farbsignale unabhängig verarbeitet, wobei Fig. 7 in Einzelheiten die Schaltungsanordnung 40.1' zeigt zur Verarbeitung nur eines der Farbsignale, wobei die anderen zwei Farbsignale auf entsprechende Art und Weise verarbeitet werden. Das Ausgangssignal der Matrixschaltung 30 wird einem Tiefpassfilter 41 zugeführt. Ein Ausgangssignal des Tiefpassfilters 41 wird einer ersten Normalisierungsschaltung 43 zugeführt, der die Parameter A und B zugeführt werden. Die erste Normalisierungsschaltung 43 schafft die Berechnung der Gleichung (4). Das Ausgangssignal der Matrixschaltung 30 wird ebenfalls einer zweiten Normalisierungsschaltung 45 zugeführt. Ein Ausgangssignal der zweiten Normalisierungsschaltung 45 wird einem exponentiellen Verstärkerschaltung 47 zugeführt, die an dem exponentiellen Eingang das Ausgangssignal der ersten Normalisierungsschaltung 43 empfängt und welche die Berechnung der Gleichung (5) erledigt. Ein Ausgang der exponentiellen Verstärkerschaltung 47 wird danach einer Neuskalierungsschaltung 49 zur Neuskalierung des Eingangssignals zurück zu dem vollen dynamischen Bereich des Eingangsvideosignals. Ein Ausgangssignal dieser Neuskalierungsschaltung 49 wird danach über die Schaltungsanordnung 50 zur Verarbeitung des Videosignals der Wiedergabeanordnung 60 zugeführt.
Die Anwendung des in den Gleichungen (4) und (5) gegebenen Algorithmus verstärkt Störung mit einem niedrigen Pegel um einen bemerkenswerten Betrag. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, dass die Neigung der Gleichung (5) die Verstärkung jedes beliebigen Signalpegels ist. Wenn g(x, y) dem Wert Null nähert, nähert die Verstärkung den Wert unendlich. Das Ergebnis ist, dass die Störung in dem Bereich des Nullsignals um einen großen Betrag verstärkt wird. Eine Annäherung ist, die Gleichung (5) zu ändern, so dass sie nicht den Wert Null erreicht für kleine Signale. Es können viele beliebige Änderungen vorgenommen werden. Die Hauptanforderung ist, dass die Neigung der Systemkennlinie (Gleichung (5)) nicht hohen Werten nähern soll.
Dazu gilt:
(7) g&sub2;(x, y) = r(g&sub1;(x, y), c) = 1n{cg&sub1;(x, y) + sqrt(cg&sub1;(x, y))^2 + 1}
wobei SQRT den Quadratwurzelvorgang bezeichnet und "^2" auf den Quadratierungsvorgang hinweist. Unter Anwendung dieser Gleichung (7) sollte die Gleichung (5) wie folgt bestätigt werden:
(8) gout(x, y) = r(gnom(x, y), c) · {gnorm(x, y)} h1(x, y)/(r(1, c))
wobei
(9) h1(x, y) = glow(x, y) · A/Maximum(glow(x, y))
wie in der Gleichung (4) definiert.
Die Implementierung der Gleichung (8) erfordert, dass eine in der Zeit und im Raum variierende Funktion auf eine Potenz erhoben wird, die an sich eine Funktion der Zeit und des Raums ist. Dies ist einigermaßen aufwendig und in Heimgeräten schwer implementierbar. Deswegen ist eine Annäherung gemacht, wobei n, m und p derart als drei Zahlen gesetzt worden sind, so dass gilt, wenn n = mp:
(10) n = mp = (1 + (m - 1))p = 1 + p(m - 1) +....
In der Gleichung (10) werden die ersten zwei Terme einer Standard Erxpansion genommen. Theoretisch reichen diese ersten zwei Terme nur zum Annähern der aktuellen Funktion in der Grenze wenn m → 1. Aber bei der vorliegenden Anmeldung hat Anmelderin empirisch gefunden, dass die grobe Annäherung der Gleichung (10) ein sehr guter Ersatz für die normale exponentielle Wirkung der Gleichung (8) ist. Die durch die Annäherung erzeugten Bilder sind virtuell nicht von den Bildern zu unterscheiden, die durch die aktuelle exponentielle Funktion erzeugt sind. Dadurch ist es möglich, dass die Potenzierung durch zwei Multipliziervorgänge ersetzt wird. Auf diese Weise wird die Gleichung (8):
(11) gout(x, y) = r(gnorm(x, y), c) · {1 + gnorm(x, y) · (h(x, y) - 1)}/(r(1, c))
Nun ist, wenn man versteht, dass die Verbesserung der vorliegenden Erfindung mit gnorm(x, y), dem "leuchtdichteartigen" Signal an jeder Pixelstelle, der Ausgang der Gleichung (11) gout(x, y) an dieser Stelle. Folglich ist das Verhältnis des Ausgangs zu dem Eingang wie folgt definiert:
(12) z(x, y) = gout(x, y)/gin(x, y)
Dies führt dazu, dass die Ausgangswerten R, G, B wie folgt sind:
(13) Rout(x, y) = Rin(x, y)z(x, y)
(14) Gout(x, y) = Gin(x, y)z(x, y)
(15) Bout(x, y) = Bin(x, y)z(x, y)
Diese Signale können auf die übliche Art und Weise einer Wiedergabeanordnung zugeführt werden.
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer digitalen Implementierung der Erfindung zur Verwendung in einem Fernsehempfänger. Nachdem die Signale R, G, B aus der Quelle des Videosignalgemisches hergeleitet sind, werden die Signale R, G, B in Analog-Digital-Wandlern (A/D) 70, 72 und 74 digitalisiert, wodurch die Signale Rin, Gin, Bin gebildet werden. Zu jedem Abtastzeitpunkt werden diese Signale in ein einziges "leuchtdichteartiges" Signal g(t) dadurch umgewandelt, dass sie durch den Maximalwert von Rin, Gin, Bin an jeder Stelle in der Schaltungsanordnung 76 zur Bestimmung des Maximalwertes ersetzt werden. Zu jedem Abtastzeitpunkt wird das resultierende Signal (g(t) in einem Bildspeicher 78 gespeichert. Das Ausgangssignal des Bildspeichers 78 wird danach in einer Normalisierungsschaltung 80 normalisiert, was das Ausgangssignal gnorm(x, y) liefert, das sich von 0,0 bis 1,0 erstreckt. Das Ausgangssignal der Normalisierungsschaltung 80 wird einer Fatschaltung 82 zugeführt, die eine zweidimensionale Mittelwertbestimmung von gnorm(x, y) durchführt und nach einer geeigneten Neuskalierung wie in der Gleichung (9) dargestellt, das Signal h&sub1;(x, y) liefert. Der Pegel dieses Signal wird durch Subtrahierung 1,0 davon in dem Subtrahierer 84 verschoben. Das Ausgangssignal dieses Subtrahierers 84 wird mit dem Eingangssignal der Faltschaltung 82, gnorm(x, y) in einem Multiplizierer 86 multipliziert. Der Pegel dieses Signals wird danach durch Addierung 1,0 dazu in dem Addierer 88 verschoben, wobei das Ausgangssignal daraus danach einem Eingang eines zweiten Multiplizierers 90 zugeführt wird. Außerdem wird gnorm(x, y) als Adresssignal einer Nachschlagtabelle zugeführt, die in Form eines Festwertspeichers 92 ist. Diese Nachschlagtabelle erledigt die r- Funktion, wie diese in der Gleichung (7) definiert ist, wobei das Ausgangssignal dem anderen Eingang des zweiten Multiplizierers 90 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des zweiten Multiplizierers 90, gout(x, y) wird danach dem teilenden Eingang des Teilers 94 zugeführt, der das Teilereingangssignal von dem Ausgang der normalisierenden Schaltungsanordnung 80 erhält. Das Ausgangssignal z(x, y) des Teilers 94 wird den ersten Eingängen betreffender Multiplizierer 96, 98 und 100 zugeführt, welche die Signale Rin, Gin, Bin von den Ausgängen der Analog-Digital-Wandler 70, 72 und 74 empfangen, wobei die Signale Rout, Gout, Bout gebildet werden, wie in den Gleichungen (13)-(15) angegeben.
Aus wirtschaftlichen Gründen wäre es zu bevorzugen, eine preisgünstige analoge Implementierung des vorliegenden Algorithmus zu haben. Die Hauptschwierigkeit bei einer direkten Implementierung der Gleichung (11) findet sich in dem Verfahren der Erzeugung mit Echtzeit-Analogsystemen, glow(x, y), der zweidimensionalen tiefpassgefilterten Version des Eingangs gin(x, y). Dieses Problem wird auf die nachfolgende Art und Weise gelöst.
Es wird vorausgesetzt, dass g(t) die eindimensionale, rasterabgtastete Darstellung der zweidimensionalen Szene g(x, y) ist. Die Voraussetzung ist die analoge Echtzeit-Version von g(x, y) zu erzeugen, die tiefpassgefiltert wird durch Faltung mit einem einheitlichen Kem der Größe 30 · 30. In einem NTSC-System wird g(t) auf 4,3 MHz bandbeschränkt. G(t) wird danach über ein herkömmliches analoges Tiefpassfilter mit einer Bandbreite von 4,3/30 MHz weitergeleitet. Wenn die normale Abtastrate für das ursprüngliche Videosignal 14,3 MHz war, kann die Lieferung des tiefpassgefilterten Signals auf entsprechende Art und Weise mit einer Rate von 14,3/30 MHz abgetastet werden. Das würde etwa 25 Abtastwerte je horizontale Videozeile ergeben. Eine Kerngröße von 30 vertikalen Zeilen je Bild ergibt 15 vertikale Zeilen je Teilbild. Deswegen stellen 15 · 25 = 375 Abtastwerte auf adequate Art und Weise alle Information innerhalb des 30 · 30 Kerns für jedes Teilbild dar. Deswegen werden analoge Abtastwertschaltungen verwendet, die mit 14,3/30 MHz = 477 kHz arbeiten. Die resultierenden analogen Abtastwerte werden in einer analogen FIFO- Verzögerungsleitung, wie auf Basis von CCDs, gespeichert. Danach wird ein analoger Addierer mit 15 Eingängen verwednet zum Erzeugen der Ausgangsspannung, die zu dem gewünschten zweidimensionalen tiefpassgefilterten Ausgang proportional ist.
Fig. 9 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer analogen Implementierung der Erfindung auch zur Verwendung in einem Fernsehempfänger. Eine analoge den Maximalwert bestimmende Schaltungsanordnung 110 bildet das Signal g(t) aus den Signalen R, G, B, die den Eingängen derselben zugeführt werden. Dieses Ausgangssignal wird einem Tiefpassfilter 112 zugeführt, das eine Bandbreite von 1/30 der ursprünglichen 4,3 MHz Videobandbreite hat, und danach wird das Ausgangssignal einer analogen Abtastschaltung 114 zugeführt, die mit einer Rate von 14,3/30 MHz = 477 kHz glow(x, y) abtastet, was zu 25 Abtastwerten je Videozeile führt. Das Ausgangssignal der Abtastschaltung 114 wird einer analogen Verzögerungsleitung 116 mit 15 Stufen (116.1-116.15) zugeführt, wobei jede Stufe 116.n 25 einzelne Abtastverzögerungselemente umfasst. Die Ausgangssignale aller Stufen 116.n werden einer Summierungsschaltung 118 zugeführt zum Implementieren der zweidimensionalen Mittelwertbestimmung. Dieses Signal wird einem Eingang eines ersten Multiplizierers 120 zugeführt, der an dem anderen Eingang g(t) das Ausgangssignal der den Maximalwert bestimmenden Schaltungsanordnung 110 empfängt. Das Ausgangssignal des ersten Multiplizierers 120 wird einem ersten Eingang eines zweiten Multiplizierers 122 zugeführt. G(t) wird, nachdem er von einer nicht linearen Schaltungsanordnung 124 verarbeitet worden ist, dem zweiten Eingang des zweiten Multiplizierers 122 zugeführt. Das Ausgangssignal des zweiten Multiplizierers 122 wird dem teilenden Eingang des Teilers 126 zugeführt, der g(t) an dem Teileringang erhält. Das Ausgangssignal des Teilers 126 ist die Funktion z(t), die zum einzelnen Multiplizieren der (nicht dargestellten) analogen Eingangsfunktionen R, G, B verwendet wird. Es dürfte einleuchten, dass diese analoge Ausführungsform ebenfalls DC-Verschiebungen erfordert, wie diejenigen aus Fig. 8 bei den Addierern 84 und 88.
Für den Fachmann dürften sich viele Abwandlungen und Änderungen der hier beschriebenen Struktur ergeben. Es dürfte jedoch einleuchten, dass die oben beschriebene Ausführungsform zur Erläuterung und nicht zur Beschränkung der vorliegenden Erfindung dient. Alle Änderungen die nicht von dem Erkenntnis der Erfindung ausgehen, werden als im Rahmen der beiliegenden Ansprüche liegend betrachtet.

Claims

1. Verfahren zum Schaffen einer dynamischen Gammakontraststeuerung eines Eingangs-Videosignals in einem Fernsehempfänger, wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst:

- das Tiefpass-Filtern des Eingangsvideosignals, so dass Verarbeitung nur an den NF- Anteilen darin erfolgt;

- das pixelweise Normalisieren des tiefpassgefilterten Videosignals, so dass der Wert desselben sich von 0 bis zu einem vorbestimmten maximalen Wert A erstreckt, wobei ein normalisiertes Signal gebildet wird;

- das Addieren eines vorbestimmten Parameters B zu dem normalisierten Signal, wobei ein Gamma-Exponent gebildet wird;

- das Normalisieren des Eingangs-Videosignals, so dass die Werte desselben zwischen 0 und 1,0 liegen;

- das pixelweise Erhöhen des normalisierten Videosignals zu einer exponentiellen Potenz entsprechend dem Gamma-Exponenten, wodurch ein korrigiertes normalisiertes Videosignal gebildet wird; und

- die Neuskalierung des korrigierten normalisierten Videosignals zu dem vollen dynamischen Bereich des Eingangs-Videosignals.

2. Verfahren zum Schaffen einer dynamischen Gamma-Kontraststeuerung eines Videosignals nach Anspruch 1, wobei A in dem Bereich von 1,2 bis 2,5 gewählt worden ist.

3. Verfahren zum Schaffen einer dynamischen Gamma-Kontraststeuerung eines Videosignals nach Anspruch 2, wobei A 1,34 beträgt.

4. Verfahren zum Schaffen einer dynamischen Gamma-Kontraststeuerung eines Videosignals nach Anspruch 1, wobei B aus dem Bereich von Werten zwischen 0,1 und 0,9 gewählt worden ist.

5. Verfahren zum Schaffen einer dynamischen Gamma-Kontraststeuerung eines Videosignals nach Anspruch 4, wobei B 0,45 beträgt.

6. Verfahren zum Schaffen einer dynamischen Gamma-Kontraststeuerung eines Videosignals nach Anspruch 1, wobei die genannte Tiefpassfilterung des Videosignals das Falten des Videosignals mit einem quadratischen Fenster der Gewichtung Eins und der Größe 31-zu-31 umfasst.

7. Verfahren zum Schaffen einer dynamischen Gamma-Kontraststeuerung eines Videosignals nach Anspruch 1, wobei das genannte Videosignal ein Farb- Videosignal ist und das genannte Verfahren an jedem der Komponenten in dem Farb- Videosignal einzeln durchgeführt wird.

8. Schaltungsanordnung zum Schaffen einer dynamischen Gamma- Kontraststeuerung eines Videosignals in einem Fernsehempfänger, wobei diese Schaltungsanordnung die nachfolgenden Elemente umfasst:

- einen Eingang zum Empfangen eines Eingangs-Videosignals;

- Mittel zur Tiefpassfilterung des genannten Eingangs-Videosignals;

- Mittel zur Normalisierung des genannten tiefpassgefilterten Videosignals zwischen einem Bereich von 0,0 und einer ersten vorbestimmten Menge A, wodurch ein normalisiertes Ausgangssignal erhalten wird;

- Mittel zum Addieren einer zweiten vorbestimmten Menge B zu dem genannten normalisierten Ausgangssignal, wodurch ein gamma-exponentielles Signal gebildet wird;

- Mittel, die mit dem genannten Eingang gekoppelt sind zur Normalisierung des genannten Videosignals zwischen dem Bereich von 0,0 und 1,0;

- Mittel zur Erhöhung des genannten normalisierten Videosignals um eine Menge, angegeben durch das genannte gamma-exponentielle Signal, wodurch ein korrigiertes normalisiertes Videosignal gebildet wird; und

- Mittel zur Neuskalierung des genannten korrigierten normalisierten Videosignal zurück zu dem vollen dynamischen Bereich des Eingangs-Videosignals.

9. Digitale Schaltungsanordnung zum Schaffen einer dynamischen Gamma-Kontraststeuerung eines Videosignals in einem Fernsehempfänger, wobei die genannte Schaltungsanordnung die nachfolgenden Elemente umfasst:

- Eingangsmittel zum Empfangen von Eingangssignalen R, G, B;

- Mittel zum Digitalisieren der genannten Eingangssignale R, G, B, wodurch die Signale Rin, Gin, Bin signals gebildet werden;

- Mittel zum pixelweisen Bestimmen eines Maximalwertes der genannten Signale Rin, Gin, Bin signals, wobei ein Signal g(t) gebildet wird;

- Speichermittel zum Speichern des Signals g(t);

- Mittel, die mit einem Ausgang der genannten Speichermittel gekoppelt sind, zum Normalisieren von g(t), wobei ein Ausgangssignal gnorm(x, y) gebildet wird, das in seinem Wert zwischen 0,0 und 1,0 liegt;

- Faltmittel zum Durchführen einer zweidimensionalen Mittelwertbestimmung und Neuskalierung an gnorm(x, y), wobei das Signal h&sub1;(x, y) gebildet wird entsprechend der Gleichung:

h&sub1;(x, y) = glow(x, y) · A/Maximum(glow(x, y)),

wobei A eine Konstante, selektiert aus dem Bereich 1,2 bis 2,5 ist;

- Subtrahiermittel zum Subtrahieren 1,0 von h&sub1;(x, y);

- einen ersten Multiplizierer zum Multiplizieren eines Ausgangssignals der Subtrahiermittel mit gnorm(x, y);

- Addiermittel zum Addieren 1,0 zu einem Ausgangssignal des genannten ersten Multiplizierers;

- eine Nachschlagtabelle zum Empfangen des Signals gnorm(x, y) und zum Implementieren einer Funktion r gemäß der Gleichung:

g&sub2;(x, y) = r(g&sub1;(x, y), c) = 1n{cg&sub1;(x, y) + sqrt(cg&sub1; (x, y))^2 + 1}

wobei c eine Konstante ist, selektiert aus dem Bereich 2,0 bis 15,0;

- einen zweiten Multiplizierer, der mit dem Ausgang der Addiermittel und der Nachschlagtabelle gekoppelt ist, wobei das Signal gout(x, y) gebildet wird;

- einen Teiler, der mit einem Ausgang des zweiten Multiplizierers und mit einem Ausgang der Normalisierungsmittel gekoppelt ist zum Bilden des Faktors z(x, y) nach der Gleichung:

z(x, y) = gout(x, y)/gnorm(x, y); und

- Multiplizierer, die mit den betreffenden Ausgängen der genannten digitalisierenden Mitteln gekoppelt sind und die je die Funktion x(x, y) empfangen, wobei die Ausgangssignale Rout, Bout, Gout gebildet werden.

10. Analoge Schaltungsanordnung zum Schaffen einer dynamischen Gamma-Kontraststeuerung eines Videosignals in einem Fernsehempfänger, wobei die genannte Schaltungsanordnung die nachfolgenden Elemente umfasst:

- einen Eingang zum Empfangen der Eingangssignale R, G, B;

- Mittel zum pixelweisen Bestimmen eines Maximalwertes des Eingangssignals R, G, B, wobei das Signal g(t) gebildet wird;

- Mittel zur Tiefpassfilterung des Signals g(t);

- Mittel zum Abtasten eines Ausgangssignals der Tiefpass-Filtermittel;

- Verzögerungsmittel zum Verzögern eines Ausgangssignal der genannten Abtastmittel, wobei diese Verzögerungsmittel eine Anzahl Stufen haben, die je einen Ausgang haben;

- Mittel zum Summieren der Ausgangssignale der genannten Anzahl Stufen in den genannten Verzögerungsmitteln;

- einen ersten Multiplizierer mit einem ersten Eingang, der mit dem Ausgang der genannten Summierungsmitteln gekoppelt ist und mit einem zweiten Eingang, der mit dem Ausgang der genannten den Maximalwert bestimmenden Mitteln gekoppelt ist;

- eine nicht lineare Schaltungsanordnung, von der ein Eingang mit dem Ausgang der genannten den Maximalwert bestimmenden Mittel gekoppelt ist;

- einen zweiten Multiplizierer, von dem ein erste Eingang mit einem Ausgang des genannten ersten Multiplizierers gekoppelt ist und von dem ein zweiter Eingang mit der genannten nicht linearen Schaltungsanordnung gekoppelt ist;

- einen Teiler, der mit einem Ausgang des genannten zweiten Multiplizierers und mit dem Ausgang der genannten den Maximalwert bestimmenden Mittel gekoppelt ist zum Bilden der Funktion z(x, y); und

- Mittel zum Empfangen der Eingangssignale R, G, B und zum Multiplizieren dieser Signale mit der Funktion z(x, y).