专利名称：自适应于图象控制的亮度电平控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及视频信号处理电路，特别是，涉及彩色电视接收机的亮度信号处理电路。
在彩色电视接收机中，对于复合彩色电视信号所组成的亮度信号分量和色度信号分量通常提供分开的放大通道。亮度放大器包括对比度控制电路和亮度控制电路，这两种控制电路至少在一定程度上一般是由用户操纵的。对比度控制调节视频放大器的增益，以确定送到显像管或阴极射线管(CRT)上视频或驱动信号正程部分的峰-峰幅度。亮度控制一般调节视频信号的黑电平，以确定接近于阴极射线管电子束截止出现时的那一个点。一般来说，所调节的黑电平与视频信号的后肩电平有关，而且，亮度由直流插入电路或钳位电路来控制。这种亮度电平可以相当于光学黑，但是，这种“黑”电平可能被用户调节成为较高的亮度电平，例如灰色。
为此，通过调整用来调节对比度的幅度控制装置，使得阴极射线管上图像的最大亮度电平直接相关于对比度所调节的电平，改进了用来调节电视接收机亮度的电平调整装置。在这种情况下，为了维持图像黑暗部分的视在黑，对比度控制的用户调节通常不需要相应的、调整亮度控制的用户调节。这样做的好处，可以通过考虑下述事实而了解即在亮的环境条件下，为了在场景的黑暗部分实现细节亮度中给定的、可感觉到的变化所需要的亮度调节范围大于在亮度低的环境条件下所需要的亮度调节范围。一般来说，在亮的环境条件下观看时，将把对比度调整到高电平;在较暗的环境条件下观看时，将把对比度调整到较低电平。因此，可以把对比度控制看成是用户对于阴极射线管亮度输出电平感觉灵敏度的指示器。
不仅需要通过对用户提供上述最佳亮度调节范围来改善“设备利用”以避免过大的亮度控制范围，而且还要放松自动电子束限制器(ABL)中的某些设计限制。如果容许过大的亮度控制范围，电子束限制器就需要以更复杂的方式来工作，以便有效地限制电子束电流。电子束限制器检测与电子束电流有某种关系的某一电压或电流，并且，控制视频信号的某种属性，以便把电子束电流限制到预定的大小。通常控制的两个主要视频特性为对比度和亮度。简要地说，与为了控制电子束电流而去控制对比度相比，控制对比度比控制亮度更好，因为后者所改变的是视频信号的直流分量，并且，根据定义，黑电平要求较小的电子束电流，因为它是“黑色”的。较为理想的是减小对比度。但是，为了防止下述情况，还是需要对于对比度和亮度都能进行控制，这种情况就是用户可能把对比度调到尽可能低，但是，已经把大范围的亮度控制调节到很高的位置上、以致于是在对比度很小时，仍然把阴极射线管驱动到电子束电流太大了。因此，一般来说，当检测到电子束电流过大时，自动电子束限制器(ABL)装置的第一级操作就是减小对比度;如果减小对比度并未使阴极射线管的电子束电流回到预定的极限范围内，ABL装置的第二级操作就是减小亮度。因此，ABL装置的设计需要覆盖当对比度调整位置很低时，亮度控制调整位置极高这一情况，而这一情况要求ABL实现大范围的亮度控制。
带有大范围用户亮度控制调整位置的ABL设计选择可以是具有大范围调节对比度的控制，或者是具有大范围调节亮度的控制。如果使得ABL的对比度控制容量比4∶1或5∶1的变化大得多(这与使得用户的亮度控制调整容量异常大有关)，结果就可能使得图像的外观严重劣化。因此，为了避免具有过大的用户亮度控制范围，可以采用的任何方法都允许具有更多地依赖于对比度控制的电子束限制器，这是可取的途径。
因此，理想的是，为了使ABL不必去补偿上述严重的情况，把用户亮度控制范围设计得小到切实可行的那样小。本发明以这样的方式来减小复杂性和ABL工作时可能引入的误差。
把亮度控制设计成为，在最大对比度调整位置上提供带有最大可能亮度调整位置的最大范围。这里，承认当把最大对比度调整位置减小到较低的对比度调整位置时，亮度控制的最大范围可能大于所需要的。因此，承认希望利用对比度控制信息来改变亮度控制范围。
为了更好地了解本发明，必须参看附图，其中
图1所示为本发明电路的传送函数;
图2为根据本发明各个方面的一个电路实施例的原理图;
图3为根据本发明各个方面的另一个电路实施例的原理图;以及图4为图3的简化电路原理图。
在各幅图中，把相同的元件加以相同的标号。
下在参看图1，图中示出根据本发明的传送函数，这里，亮度控制范围根据对比度控制的调整位置而改变。横坐标表示从0到100%的亮度控制调整位置，纵坐标以归一化的亮度输出电压Vbrt来分度。图1的传送函数具有线性的恒斜率部分10，这里，对于低的亮度调整位置，输出或控制电压Vbrt随亮度控制调整位置线性地增大，而与对比度控制的调整位置无关。但是，对于超过点12的高的亮度调整位置，传送函数可以是包括部分11(当调整到最大对比度时，部分11是部分10的线性继续)到部分13(当调整到最小对比度时，部分13具有下降的斜率)的一族曲线中的任何一条。应该指出，部分13和这族曲线中的其它各条都具有大于零的斜率。在另一个实施例中，这族曲线可能具有等于或近于零的斜率，以提供锐截止的亮度控制。但是，可以相信，下降的斜率使得用户对于控制有一种较好的“感受”。
图2示出用来实现图1传送函数的一个实施例原理图。一般地说，利用调谐器6、中频(IF)放大器7和检波器8来处理天线5所接收的或者其它适当信号源(例如，电缆系统)的电视信号，检波器8在9上具有已与在10上的色度信号分离开来的亮度信号。对于亮度信号和色度信号进行适当处理，并且，在矩阵11中将其组合起来，以便驱动阴极射线管12。亮度信号处理一般包括放大和信号处理，以便实现亮度信号的各种属性，例如，对比度和亮度。
对比度控制装置20包括耦合到适当电压源Vc与地之间的电位器22，22带有用来改变代表对比度或图像控制调整位置的电压输出Vpix的、位置可变的接帚臂24。把图像控制电压Vpix耦合到亮度(Y)处理通道中的对比度控制放大器25上。亮度控制装置30以相应的方式耦合到适当电压源Vb与地之间的电位器32，32带有用来改变代表亮度控制调整位置的电压输出Vbrt的、位置可变的接帚臂34。把亮度控制电压Vbrt耦合到亮度处理通道中的亮度控制放大器35上。对比度控制放大器25和亮度控制放大器35是通用于电视接收机中分别用来控制对比度和亮度的标准实现。电子束限制器控制电路36检测阴极射线管12的电子束电流，并且，响应于超过门限值的电子束电流，对于对比度控制放大器25和亮度控制放大器35起作用，减小对比度和/或亮度，以便以先有技术中所通用的方法来减小电子束电流。如上所述，本发明以这种方法降低了对于电子束限制器的要求。
把例如，示为二极管38的非线性器件耦合到亮度控制装置30的臂34与对比度控制装置20的臂24之间，并且，连接的极性为从亮度控制装置30到对比度控制装置20导通。一直到非线性器件38开始导通，亮度控制和对比度控制彼此独立地工作。把隔离电阻37耦合到亮度控制30与二极管38的阳极之间。下面将更全面地讨论与二极管38串联耦合的分压器电阻40。当前，假定把电阻40旁路。
当二极管38从阳极(耦合到Vbrt上)到阴极(耦合到Vpix上)的正向偏压超过该器件的门限值(对于硅管，为0.55伏左右)时，38将导通。因此，对于正在增大的亮度控制电压Vbrt，当把控制帚34定位于与对比度控制电压Vpix有关的某一门限电压(即，定位于0.55伏+Vpix)时，二极管38将导通，从而把Vbrt钳位到该门限电压上，并且，防止Vbrt进一步增大。这限制了Vbrt所能增长的最大值，因而减小了图像所能调节到的最大亮度。因为Vpix是可调电压，所以，把Vpix调整得越高(即，对比度越大)，所能调整的Vbrt就越高，图像的最大亮度也就越高。相反地，把Vpix调整得越低，所能调整的最大Vbrt就越低，图像的最大亮度也就越低。
在刚刚讨论的情况下，没有电阻40时，当二极管38导通时，把Vbrt牢固地钳位，并且，亮度传送函数的那一族曲线在超过可变门限电压(取决于对比度控制20的位置)以后，将有等于零的斜率。电阻40是可选电阻，它允许当电压增大时，斜率大于零但小于传送函数部分11的斜率。在这种情况下，一旦二极管38导通了，就在电阻40两端产生电压降，而且，亮度控制30调整位置的任何变化，都会形成Vbrt的变化，Vbrt的变化是通过电阻37和40所组成的分压器衰减了的(Vpix和二极管38两端阳极对阴极的电压为恒定的)亮度控制30调整位置的变化。因此，电阻37与电阻40之间的电阻比值确定了图1那一族传送函数曲线中Vbrt增大的斜率。
自适应于图像电平控制的亮度电平控制也能够以包括用来产生对比度和亮度控制电压的数-模变换器(DAC)46和62的实施例来实现，该实施例特别适合于亮度处理的数字控制，如图3所示。
PNP晶体管42具有耦合到地的集电极;在图像(pix)数-模变换器46的输出端47上耦合到对比度控制电压Vpix上的基极;以及，在输出端51上耦合到亮度电压Vbrt上的发射极。数-模变换器46包括利用代表图像控制电压的二进制速率的脉冲或者脉冲宽度调制的脉冲信号来控制的开关器件46a。把晶体管42的基极连接到电阻48(通过开关46a耦合到地)与电阻56(耦合到电源电压Vcc上)的连接点上。电容器66是数-模变换器(DAC)46的滤波电容器。
把晶体管42的发射极通过电阻52和54耦合到数-模变换器(DAC)62的输出端51上。数-模变换器62包括功能与开关器件46a类似的开关器件62a。把晶体管42的发射极通过电阻52耦合到开关62a(耦合到地)和电阻58上。把电阻54耦合到电阻60(耦合到Vcc上)与电阻64(耦合到地)的连接点上。电容器68是数-模变换器62的滤波电容器，电容器67是电源的滤波电容器。
经常把对比度数-模变换器开关46a和亮度数-模变换器开关62a包括在一个集成电路内，例如，莫托罗拉公司生产的MIC68HC05TV1。这种类型的数-模变换器一般为双极性或金属氧化物半导体(MOS)晶体管，图3中作为利用可变占空因数的脉冲或比特率乘法器类型的脉冲信号，在断开状态与闭合状态之间进行开关的开关46a和62a示出。
图3中，晶体管42为非线性器件，其基极-发射极电路具有相应于图2中二极管38的导通门限值。一直到基极的导通正向偏置足够大时，晶体管42并不导通。低于此导通门限值时，对比度和亮度控制彼此独立地工作。
更具体地说，把数-模变换器46在47上产生的对比度控制信号Vpix加到基极上。数-模变换器62在51上产生的、并且，加到发射极上的亮度控制信号Vbrt，由于晶体管42响应于来自数-模变换器46的、并且，加到基极上的电压所形成的分路或负载作用而改变。当数-模变换器46所产生的电压达到基极-发射极电路的导通门限值时，晶体管42的集电极-发射极电路开始导通，并且，提供一条到地的可变分路。因为晶体管42的发射极输出阻抗较低，所以，电阻52和数-模变换器开关62a的戴维南等效输出阻抗基本上确定了在转折点以上亮度控制信号Vbrt的斜率。但是，与图2中二极管38的作用相比，图3中晶体管42在对比度电路与亮度电路之间提供改善了的隔离，同时，允许Vpix继续影响Vbrt。
图3电路的简化形式示于图4，其中，电阻69表示数-模变换器46的戴维南输出阻抗，电阻70表示数-模变换器62的戴维南输出阻抗。
应该指出，数-模变换器46和62及其相应的输出开关46a和62a，仅仅是这里所公开的系统可能以数字方式来实现的示范。在数字系统中，把视频信号变换成数字格式、并且，对其进行数字处理也在本发明的预期范围内。虽然对比度控制和亮度控制之间的相互作用是以包括非线性器件的模拟电路形式通过实例来说明的，但是，这种相互作用也可以在包括软件控制的数字电路中，借助于微处理器(例如，图3中的微处理器72)来执行。这些和其它改型都被预期为下列权利要求的范围内。
权利要求
1.电视接收机中的一种控制系统，这种电视接收机包括视频信号源、可视显示器件和用来在把所述视频信号加到所述可视显示器件上以前，处理该视频信号的处理装置，该处理装置包括用来控制重现图像对比度的对比度处理装置(25)和用来控制重现图像亮度的亮度处理装置(35)，该控制系统包括耦合到所述亮度处理装置(35)上、用来把所述重现图像的亮度调节到最大亮度电平与最小亮度电平之间所需亮度电平上的亮度控制装置(30)；耦合到所述对比度处理装置(25)上、用来把所述重现图像的对比度调节到最大对比度电平与最小对比度电平之间所需对比度电平上的对比度控制装置(20)；该控制系统的特征在于耦合到所述对比度控制装置(20)和所述亮度控制装置(30)上、用来控制所述最大亮度电平，使之直接相关于对比度所调节的电平的装置(38、40)。
2.根据权利要求1中所述那种电视接收机，其特征在于，耦合到所述亮度控制装置(30)和对比度控制装置(20)上的装置包括非线性器件(38)。
3.根据权利要求1中所述那种电视接收机，其特征在于，亮度控制装置(30)和对比度控制装置(20)中至少有一个装置包括电位器装置(22、32)。
4.根据权利要求3中所述那种电视接收机，其特征在于，耦合到亮度控制装置(30)和对比度控制装置(20)上的装置包括非线性器件(38)。
5.根据权利要求1中所述那种电视接收机，其特征在于，亮度控制装置(30)和对比度控制装置(20)中至少有一个装置包括数字开关装置(46、62)。
6.根据权利要求5中所述那种电视接收机，其特征在于，数字开关装置(46、62)包括数-模变换器。
7.根据权利要求6中所述那种电视接收机，其特征在于，耦合到亮度控制装置(30)和对比度控制装置(20)上的装置包括非线性器件。
8.根据权利要求1中所述那种电视接收机，其特征在于，耦合到亮度控制装置(30)和对比度控制装置(20)上的装置包括软件控制的数字处理装置。
9.根据权利要求8中所述那种电视接收机，其特征在于，软件控制的数字处理装置包括微处理器(72)。
10.根据权利要求1中所述那种电视接收机，其特征在于，亮度控制装置(30)、对比度控制装置(20)、以及耦合到对比度控制装置和亮度控制装置上的装置包括软件控制的数字处理装置。
11.根据权利要求10中所述那种电视接收机，其特征在于，软件控制的数字处理装置包括微处理器(72)。
12.电视接收机中的一种控制系统，这种电视接收机包括视频信号源、可视显示器件和用来在把所述视频信号加到所述可视显示器件上以前，处理该视频信号的处理装置，该处理装置包括用来控制重现图像对比度的对比度处理装置(25)和用来控制重现图像亮度的亮度处理装置(35)，该控制系统包括耦合到所述亮度处理装置(35)上、用来把所述重现图像的亮度调节到最大亮度电平与最小亮度电平之间所需亮度电平上的亮度控制装置(30);耦合到所述对比度处理装置(25)上、用来把所述重现图像的对比度调节到最大对比度电平与最小对比度电平之间所需对比度电平上的对比度控制装置(20);该控制系统的特征在于用来改变最大亮度电平，使之直接相关于对比度所调节的电平的装置(38、40)。
13.根据权利要求12中所述那种电视接收机，其特征在于，用来改变的装置包括非线性器件(38)。
14.根据权利要求12中所述那种电视接收机，其特征在于，亮度控制装置(30)和对比度控制装置(20)中至少有一个装置包括电位器装置(22、32)。
15.根据权利要求14中所述那种电视接收机，其特征在于，用来改变的装置包括非线性器件(38)。
16.根据权利要求12中所述那种电视接收机，其特征在于，亮度控制装置(30)和对比度控制装置(20)中至少有一个装置包括数字开关装置(46、62)。
17.根据权利要求16中所述那种电视接收机，其特征在于，数字开关装置(46、62)包括数-模变换器。
18.根据权利要求17中所述那种电视接收机，其特征在于，用来改变的装置包括非线性器件(38)。
19.根据权利要求12中所述那种电视接收机，其特征在于，用来改变的装置包括软件控制的数字处理装置。
20.根据权利要求19中所述那种电视接收机，其特征在于，软件控制的数字处理装置包括微处理器(72)。
21.根据权利要求12中所述那种电视接收机，其特征在于，亮度控制装置(30)、对比度控制装置(20)、以及用来改变的装置包括软件控制的数字处理装置。
22.根据权利要求21中所述那种电视接收机，其特征在于，软件控制的数字处理装置包括微处理器(72)。
23.电视接收机中的一种控制系统，这种电视接收机包括视频信号源、可视显示器件和用来在把所述视频信号加到所述可视显示器件上以前，处理该视频信号的处理装置，该处理装置包括用来控制重现图像对比度的对比度处理装置(25)和用来控制重现图像亮度的亮度处理装置(35)，该控制装置包括耦合到所述亮度处理装置(35)上、用来把所述重现图像的亮度调节到最大亮度电平与最小亮度电平之间所需亮度电平上的亮度控制装置(30);耦合到所述对比度处理装置(25)上、用来把所述重现图像的对比度调节到最大对比度电平与最小对比度电平之间所需对比度电平上的对比度控制装置(20);该控制系统的特征在于用来改变最大亮度电平，使之直接相关于对比度所调节的电平的装置(38、40);用来改变的装置包括非线性器件(38);亮度控制装置(30)和对比度控制装置(20)中至少有一个装置包括数-模变换器(46、62)。
24.电视接收机中的一种控制系统，这种电视接收机包括视频信号源、可视显示器件(12)和用来在把所述视频信号加到所述可视显示器件上以前，处理该视频信号的处理装置，该处理装置包括用来控制重现图像对比度的对比度处理装置(25)和用来控制重现图像亮度的亮度处理装置(35)，该控制系统包括耦合到所述亮度处理装置(35)上、用来把所述重现图像的亮度调节到最大亮度电平与最小亮度电平之间所需亮度电平上的亮度控制装置(30);耦合到所述对比度处理装置(25)上、用来把所述重现图像的对比度调节到最大对比度电平与最小对比度电平之间所需对比度电平上的对比度控制装置(20);耦合到所述对比度控制装置和所述亮度控制装置上、用来控制所述最大亮度电平，使之直接相关于对比度所调节的电平的装置(38、40);以及耦合到可视显示器件(12)上的电子束限制装置(36)，对比度处理装置(25)和亮度处理装置(35)中至少有一个装置用来检测可视显示器件(12)中的电子束电流、并且，用来通过影响对比度处理装置(25)和亮度处理装置(35)中的至少一个装置，减小超过预定门限值的电子束电流。
全文摘要
自适应于图像控制的亮度电平控制。通过调整用来调节对比度的幅度控制装置(20)，使得阴极射线管上图像的最大亮度电平直接相关于对比度所调节的电平，改进了用来调节电视接收机亮度的电平调整装置(30)。
文档编号H04N5/20GK1051477SQ9010876
公开日1991年5月15日 申请日期1990年10月31日 优先权日1989年11月1日
发明者威廉·亚当森·拉戈尼 申请人:汤姆森消费电子有限公司