CN100355292C - 彩色视频编码器 - Google Patents

Abstract

本发明彩色视频编码器根据一视频同步信号和一彩色同步标志信号，来处理数字的亮度、色度和色调信号，以产生一数字亮度信号和一数字彩色信号。将这两种视频信号组合而形成一合成影像信号。数模变换器将数字视频信号转换成模拟视频信号。此彩色视频编码器支持NTSC和PAL制规格。

Description

彩色视频编码器

本发明是分案申请，其母案：

专利号：ZL98100401.6

申请日：1998年2月9日

发明名称：彩色图形处理器

申请人：新世代株式会社

技术领域

本发明是相关于一种用光栅扫描(raster-scan)显示器的彩色图形处理器(colorgraphics processor)。特别是，彩色图形处理器的彩色视频编码器，用于彩色视频显示装置，如娱乐设备(电视游乐器)、教育辅助器材、通讯设备、量测仪器、检测仪器、广告仪器、卡拉OK用机器、文字处理器、视频编辑器、驾驶员辅助器材、印刷辅助器材、音乐器材、运动器材和残障者辅助器材等的图像的交易处理与合成彩色影像信号(composite colorvidel signal)的编码。

背景技术

图1为揭露于日本专利号2-50477的一传统的彩色视频编码器。在该彩色视频编码器里，该彩色副载波(sub-carrier)是由一个二阶(twolevel)信号，如方形波，来表示。该编码器称之为一个二值(two value)选择性的彩色视频编码器。该彩色视频编码器包含有一相位(phase)信号产生器101、一电平门信号产生器102、一相位信号选择器103、一彩色码(color code)信号产生器104和一彩色码信号输出装置105。

相位信号产生器101产生多个相位信号，且这些信号的频率与一彩色副载波信号的频率相同。两个邻近的相位信号之间的相位差是相同的。

电平信号产生器102产生多个电平信号，且这些信号有不同的电压电平。每两个邻近的电平信号有相同的电位差。彩色码信号产生器104产生彩色码信号，且该彩色码信号是由色调(hue)选择码和电平选择码所组成。

相位信号选择器103依据该相位选择码，从多个相位信号之间选择一个相位信号。彩色码信号输出装置105根据该电平选择码选择一对的电平信号。选出的相位信号的振幅(amplitude)被调制(modulated)在选出的电压电平对之间，以便产生出合成影像信号，作为该影像输出信号。

二值选择性的彩色视频编码器仅需小而简单的电路。可以建置于一单一半导体晶片里。然而，该编码器产生的色度变化很少。并且色度(chrominance)与亮度(luminance)之间的干扰也很难避免。

有两种可用的视频编码器。一为模拟视频编码器，另一为数字视频码器。一个模拟视频编码器包含有一彩色副载波产生器，用来产生两个彩色副载方波信号。这两个信号除了其中一个是从另一个信号平移90度的相位外，这两个讯号是相似的。模拟视频编码器也备有一个矩阵装置，用来将来自RGB信号的色度空间(color space)转换为两个互相垂直的信号，亮度信号Y和色差(color diffe。ence)信号(R-Y和B-Y)。

在模拟视频编码器里有两个乘法器，用来将彩色副载方波信号与色差信号相乘。一个乘法器将彩色副载方波信号与色差信号(R-Y)相乘，而另一个乘法器将已平移的彩色副载方波信号与色差信号(B-Y)相乘。来自此两乘法器的输出信号经由第一混合器混合；以产生一色度信号(chromaticity signal)。然后，第M混合器将亮度信号(luminositysignal)与该色彩信号混合，以产生一合成影像信号。

模拟视频编码器有多个优点。备有相当简单的模拟电路，并且容易产生丰富自然彩变化。有好的亮度/色彩(Y/C)特征。然而，模拟模拟电路难于被制造在一单一半导体晶片里。并且，其输出的影像信号为一容易受噪声支配的模拟信号。而且，一个支持NTSC制的模拟视频编码器，没有更换振荡器(oscillator)是无法与PAL制的模拟视频编码器相容。反之亦然。数字视频编码器是将模拟视频编码器的模拟电路更换为数字电路而完成的。数字视频编码器的输入信号是数字化的。在数字视频编码器里，对于色度空间的转换是使用一种积和(product-sum)计算器来取代矩阵装置。彩色副载波产生器是以一个使用只读存储器(ROM)的数字电路来取代，且该只读存储器储存有正弦波形(sine waveform)表，以产生两组备有90度相位差的彩色副载波信号。数字乘法器取代模拟乘法器，且数字加法器取代混合器。最后，数字信号经由数模转换器(digital to analogconverter，DA)而转换为模拟视频信号。

通常，数字视频编码器能够产生丰富的色度变化。信号较能免除噪声。数字滤波器(filter)可以用来消除色度与亮度之间的干扰。产生的信号可以非常精确，并且有高解析度。支持NTSC制的视频编码器可与PAL制的视频编码器相容，亦不需更换振荡器。并且，振荡器频率的调整(trimming)通常是不需要的。然而，其缺点为，这种电路一般而言特别地大而且复杂。

发明内容

为了克服传统的视频编码器的缺点，提出本发明。本发明中，使用了进步而且新颖实用的设计，以提供一种更强而有效率的图形处理器。

本发明目的是，提供一数字化彩色视频编码器。该编码器能够产生丰富的色彩变化，且可消止色度与亮度之间的干扰，亦可用一简单的电路来实施。甚且，本发明又一目的是，提供一彩色视频编码器。该编码器能够产生适合S一视频制的Y/C(亮度/色度)信号。

附图说明

兹配合下列图式、详细说明以及专利申请范围，将上述及本发明的其他目的与优点详述于后。附图图面的简要说明如下：

图1是揭示于日本专利号2-50477的传统的彩色视频编码器的方框示意图；

图2是本发明的彩色视频编码器的方框示意图；

图3是本发明的彩色图形处理器使用的彩色视频编码器的一个详细的电路方框示意图；

图4是相位/振幅转换器里，由一只读存储器表所实施的转换表的示意图；

图5是NTSC制的调制的数字振幅信号的波形的示意图；

图6是PAL制的调制的数字振幅信号波形的示意图；

图7是本发明的彩色视频编码器的数字亮度信号和数字饱和度(saturation)信号之间可以组合的范围的示意图。

具体实施方式

本发明的彩色视频编码器为一数字编码器，用来将色信息，包括亮度、色度和色调，以及同步的时间信号，转换为能够支持NTSC或PAL标准12视频格式的模拟视频信号。参考图2，该彩色视频编码器包含有一脉冲产生器201、一亮度信号产生器202、一色度信号产生器203和一色调信号产生器204。

脉冲产生器201产生一脉冲信号，该信号备有彩色副载波频率的倍数的频率。NTSC制里彩色副载波频率为3.579545MHz。PAL制里彩色副载波频率为4.43361875MHz。在以下的实施说明里，NTSC系统的脉冲频率是21.47727MHZ。该频率等于NTSC制里彩色副载波频率的6倍。PAL系统的脉冲频率是21.28137MHz。该频率亦等于PAL制里彩色副载波频率的4.8倍。

所以，NTSC系统与PAL系统的脉冲频率几乎是相等的。所以，该视频编码器可以支持NTSC系统与PAL系统。然而，此系统里，脉冲振荡器不能相容于两种系统。

脉冲信号的频率可以是定义在CCIR601的13.5MHZ。该频率等于NTSC制里彩色副载波频率的132/35倍，PAL制里的21600/709379倍。此种情况下，一个脉冲振荡器能支持两种系统。

亮度信号产生器202、色度信号产生器203和色调信号产生器204分别产生色信息的数字亮度信号、数字色度信号和数字色调信号。彩色视频编码器也包含副载波相位产生器205，用来产生代表一彩色副载波信号的相位角的一数字副载波相位信号。本发明的较佳实施例里，该副载波相位产生器一相位信号而非一用于传统视频编码器的振幅信号。每一个脉冲周期可以产生非常精确的数字相位信号。本发明较传统的技术允许有更多的彩色相位。

副载波相位产生器205可以用M-基础计数器来实施。它可以产生一相位信号，借助每个脉冲周期增加N个计数(count)，该相位信号备有M/N倍的脉冲信号。因为M对应360度，相位角可以将计数器的值乘以360度/M而表示出。

在相位调制器206里，来自副载波相位产生器205的数字副载波相位信号，是由色相反向装置216送出的色相信号调制的。调制之后，该数字副载波相位信号成为一调制的数字相位信号。传统的编码器，如日本专利号2-50477所述，数个相位信号，每个对应于一个将被产生的色相，首先被产生出来。然后，选择一相位信号来代表一个需要的色相。

传统技术的缺点是，当色相的数目增加时，相位信号的数目必须增加。为了产生更多的相位信号，时间脉冲的频率也必须增加。本发明里，为了产生很多的色相，原来的副载波相位信号是由色相信号作相位调制而来。相位调制器可以用一数字加法器来完成，因为如上述，相位信号以一数字值来表示。所以，色相的个数依数字计算的解析度而定。

经由一相位/振幅转换器207，调制的数字相位信号被转换为调制的数字振幅信号。日本专利2-50477的传统的编码器里，彩色副载波形是由一个二值方波来表示。色相的数目是由脉冲信号频率至副载波频率的倍数来决定。本发明里，调制的数字振幅信号是由一多阶波来表示。而有可能达到比由脉冲信号频率至副载波频率的倍数还要多的色相。在底下将公开的实施例里，备有2至2.5倍的更多的色相信号。

值得注意的是，相位/振幅转换器207应该有一适当的转换表，以使备有不同相位信号的每一振幅信号彼此可以产生清楚的相位差，和常值的(constant)信号功率。

彩色视频编码器也包合有一同步信号产生器213、一同步多工器(syncmultiplexer)214和一彩色同步(color burst)多工器215。同步信号产生器213产生一同步信号、一彩色同步标志(flag)信号和一行交替(linealternate)信号。同步多工器214多路复用发出该数字亮度信号。彩色同步多工器215产生数字彩色同步相位信号与数字彩色同步振幅信号。并且，根据该彩色同步标志信号，搭配以数字彩色同步相位信号，多路复用发出该数字色调信号，根据行交替信号，该多路复用发出的色调信号更以相反向装置216来作相位反向(phase reversed)。

来自相位/振幅转换器207的调制的数字振幅信号在振幅调制器208里，更以多路复用发出的色度信号来作振幅调制。其输出为一数字彩色信号。色度较之色相和亮度，对人眼比较不敏感。所以，振幅调制可以用备有少数字元数的乘法器来达成。

来自同步多工器214的多路复用发出的亮度信号，以一亮度与色度混合器209，与数字彩色信号混合；成一数字合成影像信号。数字彩色信号、多路复用发出的亮度信号以及数字合成影像信号，利用个别的数模转换器212、211和210，被转换为模拟信号。

根据NTSC或是PAL选择输入，NTSC/PAL选择器217控制副载波相位产生器205里的副载波频率，也控制彩色同步多工器215里彩色同步的相位与振幅电平。并且，它也促使和禁止色相反向装置216里的线交替功能。

本发明的彩色视频编码器是使用极座标(polar coordinate)系统，而非正交的(orthogonal)座标系统。传统的编码器里，色差IQ和UV输入是正交的。这些信号分别以副载器(sub-carrier)的正弦波和余弦波作振幅的调制，然后混合成一彩色信号。所以，两个振幅调制器必需要有两个占用大形电路的乘法器。

本发明里，需要一个相位调制器和一个振幅调制器，而不需两个振幅调制器。如上所述，相位调制器可以用一个数字加法器来达成。电路的大小远小于数字乘法器。振幅调制器可以用一个备有少数字节的数字乘法器来达成。这是因为振幅调制器处理人眼比较不敏感的色度。所以，它也占用一小小的电路。

并且，对一种表示在正交座标系统的色彩，当完成一单一色调的阴影运作时，因为量化噪声的关系，通常会看到不一致的浓淡度。本发明里，色彩是表示在极座标系统，当完成阴影运作时，不一致的浓淡度不会发生。所以，可以看到真实色彩的影像。

传统的编码器的输入信号是由RGB信号构成的。亮度信号和色调讯号必须被一矩阵电路分开。本发明的编码器采用色调、色度和亮度信号，而不用RGB信号。不需要矩阵电路。

本发明里，在相位调制器206里的相位调制以一加法器来达成。并且，相位/振幅转换器207使用了一种转换表(conversion table)。为了避免使用相位包装电路，该转换表应支持超过360度。例如，相位包装将使360度与20度的和成为10度。本发明的转换表对10度和370度皆产生相同的结果。在一半导体的晶片里，与需要算术运算电路的相位包装电路相比较，储存转换表的只读存储器占用相当小的设备区域。

将信号分离为模似多路复用发出的亮度信号Y与模拟色彩信号C之后，亮度与色调之间的干扰可以由使用模拟滤波器(filter)而减小。Y输出信号可以用一个阻挡副载波率波段(band)的陷波(notch)滤波器来去除该副载波波段。C输出信号可以用一带通(band-pass)滤波器来滤波，该波段通行滤波器让副载波频率波段通行而去除那些频率在该副载波频率波段范围之外的信号。所以，消除了该干扰。

图3是本发明的彩色视频编码器86的一个详细的电路方框示意图。该视频编码器的行为与脉冲信号CK20同步，该脉冲信号的频率，在NTSC的标规，为副载波频率的6倍，在PAL的标规，为副载波频率的4.8倍。在NTSC的系统里，该频率为21.47727MHZ。在PAL的系统里，该频率为21.28137MHz。

代表副载波相位的一个5位的计数器，用来产生该副载波相位讯号R。每一脉冲周期，在NTSC的系统里，计数值增加4，在PAL的系统里，计数值增加5。假如计数值大于20，则在NTSC的系统里，将该值减去20；在PAL的系统里，将该值减去19，使其不超过24。

在NTSC的系统里，假如该计数值的低阶两位不为0，则在该低阶两位加上5，使其接近0。不管计数器里的启始值为何，此运算的目的为，产生备有相同值循环的相位信号。计数值是介于0与24之间。

色调信号H[5]搭配以图3里的彩色同步多工区块的彩色同步相位，而被多路复用传送。当信号BURST是主动状态时，该彩色同步相位被选出。彩色同步相位的值，在NTSC里为6，在PAL里为3。相位值6和3分别代表180度和135度。当信号的LA是主动状态时，在图3里被多路复用传送的色调信号的相位角在色调反向区块里被反向。该反向原始为代表零度的相同位值18。所以，值从0到23被转换为从36至13。这儿，被多路复用传送的色调信号需要6位的信号。该6位的被多路复用传送的色调信号被加到5位的副载波相位信号，而变成6位调制的相位信号。

6位调制的相位信号经由一波形只读存储器转换为-3位调制的振幅信号。图4的所示为波形只写记存储器。图5图6所示为已转换的波形。在NTSC的系统里，有四种波形图案、且该脉冲频率为副载波频率的6倍。所以，可以有6X4＝24不同的色调。在PAL的系统里，该波形在5个副载波周期里循环，且该脉冲频率为副载波频率的4.8倍。所以可以有4.8X5＝24个不同的色调。

色度信号S[3]搭配以彩色同步多工方框的彩色同步的振幅电平，而被多路复用传送。当信号BURST是主动状态时，该彩色同步的振幅电子被选出。彩色同步振幅电平的值，在NTSC里为2，在PAL里为1。

调制的振幅信号经由被多路复用传送的色度信号而被振幅调制，以变成一数字彩色信号。此振幅调制是以一数字乘法器来完成。该乘法器是以一简单的电路来实施。该乘法器的输入信号是从-2至+2的一个3位的值，和从0到7的另一个3位的值。输出信号是从-14到+14的5位的值。该数字色度信号经由一数模转换器，而被转换为模拟信号。

亮度信号L[5]搭配以图6里的同步多工方框的同步信号，而被多路复用传送。当信号BLANK是主动状态时，该亮度信号被迫为值0。当信号SYVC是主动状态时.该亮度信号被迫为值-8。此被多路复用传送发亮度信号经由数模转换器，而被转换为模拟信号。

被多路复用传送的亮度信号经由一加法器，加上该数字彩色信号。在亮度信号L[5]和色度信号S[3]的某种组合里，该加法器的超溢。图7所示即为此种亮度的色度不合法的组合。有阴影的组合即是不合法的。被加上的信号经由一数模转换器，而被转换为一模拟合成影像信号。

如上所述，彩色视频编码器仅需要一乘法器和简单的电路。所以，容易将该彩色视频编码器建置在单一半导体晶片上。

但是，以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围。

Claims (4)

1、一种彩色视频编码器，用来将包括有色调、饱和度、亮度和包括一同步信号的时间信息的色信息，转换为一适合NTSC和/或PAL制的视频信号，该彩色视频编码器包含有：

一脉冲产生器，用来产生脉冲信号，该脉冲信号具有一固定的频率，且该固定频率为副载波的频率乘以一有理数的比率；

一亮度信号产生器，用来产生数字化亮度信号；

一色度信号产生器，用来产生数字化色度信号；

一色调信号产生器，用来产生数字化色调信号；

一副载波相位产生器，根据该脉冲信号，用来产生数字化副载波相位信号，该副载波相位信号代表该副载波的相位角；

一同步信号产生器，用来产生一同步信号、彩色同步标志信号和行交替信号；

一同步多工器，将该数字亮度信号和该同步信号多路复用；

一彩色同步多工器，用来产生一数字彩色同步相位信号与数字彩色同步振幅信号，根据该彩色同步标志信号，将数字彩色同步相位信号和该数字色相信号多路复用，以产生一被多路复用传送的数字色调信号，并且根据该彩色同步标志信号，将该数字彩色同步振幅信号和该数字饱和度信号多路复用，以产生一被多路复用传送的数字色度信号；

一色相反向装置，根据该行交替信号，用来将被多路复用传送的数字饱和度信号数的色彩相位反向；

一相位调制器，借助该被多路复用传送的数字色调信号，用来将该数字副载波相位信号作相位—调制，并且产生一调制的数字相位信号；

一相位/振幅转换器，用来将该调制的数字相位信号转换为调制的数字振幅信号；

一振幅调制器，借助该被多路复用传送的数字色度信号，用来将该调制的数字振幅信号作振幅—调制，以产生数字色彩信号；以及，

一亮度与色度混合器，用来将该被多路复用传送的数字亮度信号与该数字色彩信号混合，以产生数字合成影像信号。

2、如权利要求1所述的一种彩色视频编码器，其特征在于，更包含有：

一数模转换器，用来将该被多路复用传送的数字亮度信号转换为一模拟亮度信号；

一数模转换器，用来将该数字色度信号转换为模拟色度信号；以及，

一数模转换器，用来将该数字合成影像信号转换为模拟合成影像信号。

3、如权利要求1所述的一种彩色视频编码器，其特征在于，更包含有一种NTSC/PAL选择器，用来选择NTSC或是PAL模式，以控制该副载波频率、相位角和该彩色同步信号的振幅，使该色相反向装置有效或无效。

4、如权利要求1所述的一种彩色视频编码器，其特征在于，其中该相位/振幅转换器包含有一转换表，对应于一数字色调信号的每一调制的数字相位信号，该转换表用来产生一调制的数字振幅信号，对一各自的数字色调信号，每一调制的数字振幅信号具有相同的信号功率。

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