CN100536580C - 串音色彩效应消除装置与相关方法 - Google Patents

Abstract

一种串音色彩效应消除装置，用来使用一第一载波以消除一图像信号中的串音色彩效应，其中该图像信号中包含有一色彩信号与一亮度信号，该串音色彩效应消除装置包含有：一串音色彩估计器，耦接于该色彩信号，用来估计该色彩信号中包含之串音色彩成分；一调制器，耦接于该串音色彩估计器与该第一载波，用来使用该第一载波以将该串音色彩成分转变成一亮度补偿成分；以及一加法装置，耦接于该亮度信号与该调制器，用来将该亮度信号加上该亮度补偿成分以产生一已补偿亮度信号。

Description

串音色彩效应消除装置与相关方法

技术领域

本发明涉及一种串音色彩效应消除装置，特别是涉及一种可以消除串音色彩效应对一图像信号中的一色彩信号以及一亮度信号造成的影响的装置。

背景技术

在一般图像信号的传送与接收系统中(例如美规系统NTSC或欧规系统PAL)，图像信号中实际上包含有一色彩信号(chroma)C与一亮度信号(luma)Y。以美规系统NTSC为例，亮度信号Y在传送时使用的频带大致上介于0MHz与4.2MHz之间；而色彩信号C在传送时则是使用频率为3.58MHz的载波(carrier)，以U sinwt+V coswt的形式传送，使用的频带则大致上介于2.3MHz与4.2MHz之间。

在接收了如此混和了色彩信号C与亮度信号Y的图像信号之后，必须先经过亮度色彩分离(Y/C separation)的工作，把图像信号中的亮度信号Y与色彩信号C(U sinwt+V coswt)分离开来。然后将色彩信号C中的U信号与V信号分别解调出来，再把(Y，U，V)领域(domain)的图像信号转变成(R，G，B)领域的图像信号，最后才能够在一般的显示装置上进行播放的动作。

但由于亮度信号Y与色彩信号C在传送时有部分的频带是共享的，在进行Y/C分离时要非常明确的把亮度信号Y与色彩信号C完全分离是很难做到的工作。通常串音效应(cross-talk effect)会在Y/C分离的时候发生。一般而言，这时候的串音效应可能具有两种不同的情形，一种情形是有部分的亮度信号Y会被误判成色彩信号C，这时候播放出来的图像就有可能会产生彩虹状的变化，这种情形被称作为「串音色彩效应」(cross-coloreffect)；另一种情形则是有部分的色彩信号C可能会被误判成亮度信号Y，这种情形被称作为「串音亮度效应」(cross-luma effect)。

人类的视觉系统对于串音色彩效应较为敏感，也因此串音色彩效应成为了图像信号处理技术所面临的一个主要的问题。美国专利第5305120号的专利申请提出了一种用来抑制串音色彩效应的技术，可以把图像信号中的串音色彩效应抑制到一特定的程度。然而，由于在串音色彩效应产生时，部分的亮度信号(ΔY)被误判为色彩信号(亦即原本的C被误判成C+ΔY，原本的Y被误判成Y-ΔY)，虽然以上的已知技术可以将最后的色彩信号错误的成分(即+ΔY)抑制掉，但是亮度信号Y遗失的部分(即-ΔY的部分)却没有办法被补偿回来，因此最终播放出的图像信号依旧存在错误的情形(亦即最终播放出的图像信号中的色彩信号为C，而亮度信号为Y-ΔY)。

发明内容

因此本发明的目的之一，是提供一种可以消除串音色彩效应对色彩信号以及亮度信号所造成的影响的装置以及相关方法，以解决已知技术所面临的问题。

根据本发明披露的一种串音色彩效应消除装置，用来使用一第一载波以消除一图像信号中的串音色彩效应，其中该图像信号中包含有一色彩信号与一亮度信号，该串音色彩效应消除装置包含有：一串音色彩估计器，接收该色彩信号，用来估计该色彩信号中包含的串音色彩成分；一减法装置，耦接于该串音色彩估计器，并接收该色彩信号，用来将该色彩信号减去该串音色彩成分以产生一已抑制色彩信号；一调制器，耦接于该串音色彩估计器，并接收该第一载波，用来使用该第一载波以将该串音色彩成分转变成一亮度补偿成分；以及一加法装置，耦接于该调制器，并接收该亮度信号，用来将该亮度信号加上该亮度补偿成分以产生一已补偿亮度信号。

由于本发明披露的串音色彩效应消除装置除了可以使用该串音色彩成分以消除串音色彩效应对色彩信号所造成的影响，亦可以将该串音色彩成分转变为一亮度补偿成分，以进一步将串音色彩效应对亮度信号所造成的影响也消除掉，因此可解决已知技术所面临的问题。

附图说明

图1为本发明第一实施例功能方块图。

图2为本发明第二实施例功能方块图。

图3为本发明第三实施例功能方块图。

图4为本发明方法的实施例流程图。

附图符号说明

100                   串音色彩效应消除装置

120、230、330         串音色彩估计器

140、341              减法装置

142、144、342、344    减法器

160、361              调制器

162、164、166、222、  乘法器

224、252、322、324、

352、362、364、366

168、180、368、380    加法器

200、300              串音色彩效应处理装置

210、310              特性撷取器

220、320              解调器

226、228              滤波器

240、340              相位检测器

250、350              反馈电路

254、354              同步装置

256、356              弦波产生器

258、358              相位旋转器

260、360              相位旋转装置

具体实施方式

请参阅图1，图1为本发明第一实施例功能方块图。串音色彩效应消除装置100用来使用一第一载波coswt与一第二载波sinwt以消除一图像信号中的串音色彩效应。该图像信号中包含有一色彩信号C(包含有一U信号与一V信号)与一亮度信号Y。在本实施例中，串音色彩效应消除装置100包含有：一串音色彩估计器120，一减法装置140，一调制器160，以及一加法装置(即加法器180)。

串音色彩估计器120，接收色彩信号C，其可由色彩信号C的二维或三维的相位关系过滤出色彩信号C中所包含的串音色彩成分(包含有一串音色彩U成分，即ΔU，以及一串音色彩V成分，即ΔV)。该串音色彩成分产生的主要原因，就是在该图像信号经过Y/C分离的工作以后，一部分的亮度信号Y被误判成色彩信号C，导致了色彩信号C之中多出了原本不存在成分，而被解调成串音色彩成分(ΔU与ΔV)，因此减法装置140主要的作用就是要将色彩信号C减去串音色彩成分(ΔU与ΔV)以成为已抑制色彩信号(即没有受到串音色彩效应影响的正确色彩信号)。在本实施例中，减法装置140中包含有一第一减法器142，用来将U信号减去ΔU以产生U’；以及一第二减法器144，用来将V信号减去ΔV以产生V’。经过减法装置140处理而产生的信号(包含有U’与V’)就是前述的已抑制色彩信号。

由于串音色彩效应不只影响了色彩信号，亮度信号Y也因为串音色彩效应产生了错误，因此本实施例中的调制器160的主要工作，就是使用第一载波coswt与第二载波sinwt将该串音色彩成分转变成亮度补偿成分ΔY，然后经过一加法装置(即一第二加法器180)的作用，将亮度信号Y加上亮度补偿成分ΔY以产生所谓的已补偿亮度信号Y’。在本实施例中的调制器160包含有一第一乘法器162，用来将ΔU乘以第二载波sinwt；一第二乘法器164，用来将ΔV乘以第一载波coswt；一第三乘法器，耦接于第二乘法器164，用来进行欧规信号的处理工作(因为欧规信号两张相邻图像帧会有相位相差180度的情形。至于在不需要处理欧规信号的系统中，则可以不用包含第三乘法器166)；以及一第一加法器168，耦接于第一乘法器162与第三乘法器166，用来将第一乘法器162与第三乘法器166的输出信号相加成为已补偿亮度信号Y’。

要使图1所示的实施例能够产生最佳的已补偿亮度信号Y’，一个先决条件就是其所使用的第一载波coswt与第二载波sinwt需要与在将原始的色彩信号C解调成U信号与V信号时所使用的载波具有相同的相位(phase)，如此一来，已补偿亮度信号Y’才会是最佳地消除了串音色彩效应的亮度信号。若是在相位有不一致的情形下，调制器160并没有办法将串音色彩成分转变成最佳的亮度补偿成分ΔY。因此在一个可以产生具有正确相位的第一载波coswt与第二载波sinwt的图像信号接收端，使用图1所示的串音色彩效应消除装置100，配合具有正确相位的第一载波coswt与第二载波sinwt，即可以最佳地消除掉串音色彩效应对色彩信号C以及亮度信号Y的影响。

但是在一个图像信号接收端，当无法得知解调图像信号时使用的载波的相位信息时，单独使用图1所示的串音色彩效应消除装置100虽然能够消除掉串音色彩效应对色彩信号C的影响，但是却无法完全将串音色彩效应对亮度信号Y的影响给补偿回来。主要的原因就是串音色彩效应消除装置100需要使用具有正确相位的第一载波coswt与第二载波sinwt才能最佳地消除串音色彩效应的亮度信号。在这样的情形下，串音色彩效应消除装置100则必须配合一个可以产生具有正确相位的第一载波coswt与第二载波sinwt的装置一同作用(以下将这样的装置称为「串音色彩效应处理装置」)，以最佳地消除掉串音色彩效应对色彩信号C以及亮度信号Y的影响。

请参阅图2，图2为本发明第二实施例功能方块图。串音色彩效应处理装置200接收该图像信号，该图像信号中包含有色彩信号C与亮度信号Y。在本实施例中，串音色彩效应处理装置200包含有：一特性撷取器(featureextractor)210，一解调器(demodulator)220，一串音色彩估计器(cross-color estimator)230，一相位检测器(phase detector)240，一反馈电路250，以及一相位旋转装置260(主要用来处理欧规信号，在不需要处理欧规信号的系统中可以不使用。在以下的说明中将略过相位旋转装置260)。

首先来看特性撷取器210。特性撷取器210实际上可以是一个带通滤波器(band-pass filter)，带通的中心频率是电视信号的载波频率，NTSC为3.58MHz、PAL则为4.43MHz。除此之外，特性撷取器210亦可以是二维边线或对角线的检测装置，用于撷取画面中最有可能形成串音色彩的成分。由于Y/C分离后产生的亮度信号Y依旧保持着一部分可能会造成串音色彩效应成分(在此称之为候选成分ΔY’)，在频谱上，NTSC大致介于2.3MHz与4.2MHz之间、PAL则介于3MHz与5.7MHz之间(即色彩信号C所使用的频谱范围)，因此使用具有带通滤波器功能的特性撷取器210即可将可能的候选成分ΔY’从亮度信号Y之中分离出来。

至于解调器220，其耦接于特性撷取器210，在本实施例中包含有：一第一乘法器222，用来将候选成分ΔY’乘以第一载波coswt；一第二乘法器224，用来将候选成分ΔY’乘以第二载波sinwt；一第一滤波器226(实际上可以是低通滤波器)，用来对第一乘法器222的输出信号进行滤波的工作；以及一第二滤波器228(实际上亦可是低通滤波器)，用来对第二乘法器224的输出信号进行滤波的工作。整个解调器220的作用则是将该候选成分ΔY’转变为一候选串音色彩成分(即色彩信号中可能包含的串音色彩成分，包含有ΔU’与ΔV’)。

在第一载波coswt与第二载波sinwt具有正确的相位的情形下，候选串音色彩成分中的候选U成分(即ΔU’)以及候选V成分(即ΔV’)会分别与与串音色彩估计器230依据色彩信号C所估计出的串音色彩U成分(即ΔU)以及串音色彩V成分(即ΔV)具有相同的相位信息。但是在第一载波coswt与第二载波sinwt的相位可能不正确的情形下，候选串音色彩成分与串音色彩成分即具有不同的相位信息，这个时候，相位检测器240即可依据两者间相位的差异状况产生一差异信号err。再经由反馈电路调整第一载波coswt与第二载波sinwt的相位(或频率)，以使调整过的第一载波coswt与第二载波sinwt具有正确的相位。

本实施例中的串音色彩估计器230除了可以估计出ΔU以及ΔV，亦可以依据ΔU与ΔV的大小状况输出一个增益信号gain(用来加快反馈电路250调整相位的速度)。至于反馈电路250则包含有：一第三乘法器252，用来将增益信号gain与差异信号err相乘；一同步装置254，耦接于第三乘法器252，用来对第三乘法器252的输出信号进行滤波(同步装置254可以是一个锁相回路(phase lock loop))；一弦波产生器256，耦接于同步装置254，用来产生第一载波coswt；一相位旋转器258，耦接于弦波产生器256，用来将第一载波coswt旋转相位90度成为第二载波sinwt。请注意，在本实施例中的反馈电路250亦可以不用包含有第三乘法器252，而直接将差异信号err输入同步装置254即可。

经过反馈电路250的作用，第一载波cosw与第二载波sinwt即会趋近成具有正确相位的载波(与解调时使用的载波具有相同的相位)，这时候将图2装置产生的载波提供至图1的串音色彩效应消除装置100，串音色彩效应对色彩信号C与亮度信号Y的影响即可被最佳的消除。

当然，在实施上亦可以将图1与图2所示的装置整合成一个单一的「串音色彩效应处理装置」，而直接产生具有正确相位的载波并且同时消除串音色彩效应对亮度信号以及色彩信号的影响，这样的整合装置可以如图3所示，由于图3所示的各个组件在前文中都已做过说明，故在此不多作赘述。

本发明所提出的串音色彩效应消除装置可以使用在一个图像信号的接收端。然而，在某些情形下，连续图像的储存介质(如DVD，VCD)中储存的图像信号也可能是已经被串音色彩效应影响过的图像信号，因此本发明所提出的串音色彩效应消除装置亦可以被设置于一个用来读取上述储存介质中储存的图像信号，并播放出来的装置(例如DVD播放器)之中，以消除串音色彩效应。

概括来说，本发明所提出的串音色彩效应消除装置，在实施时其运作原理可以整理成如图4所示的流程图，以下将简述图4中各步骤。

410：估计该色彩信号中包含的串音色彩成分(包含有串音色彩U成分，及ΔU，以及串音色彩V成分，及ΔV)。本步骤使用的装置可以是图1所示的串音色彩估计器120。

420：使用第一载波coswt及第二载波sinwt将串音色彩成分转变为亮度补偿成分ΔY，其中第一载波coswt与解调图像信号时使用的载波具有相同的频率与相位。本步骤使用的装置可以是图1所示的调制器160。

430：将亮度信号Y加上亮度补偿成分ΔY以产生已补偿亮度信号Y’。本步骤使用的装置可以是图1所示的加法器180。

440：将色彩信号C(实际上分别是色彩信号C中的U信号以及V信号)减去串音色彩成分(分别是ΔU以及ΔV)以产生已抑制色彩信号(实际上分别是U’以及V’)。本步骤使用的装置则可以是图1所示的减法装置140。

相较于已知技术，本发明所披露用来消除串音色彩效应的装置以及相关方法，不仅可以抑制串音色彩效应对一色彩信号所造成的影响，还可以把串音色彩效应对一亮度信号所造成的影响进行补偿。经过本发明装置或方法处理过的图像信号，不论是色彩信号或是亮度信号的部分都是已经消除了串音色彩效应影响的信号，整体图像信号的品质可因此大为提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (22)

1.一种串音色彩效应消除装置，用来使用一第一载波以消除一图像信号中的串音色彩效应，其中该图像信号中包含有一色彩信号与一亮度信号，该串音色彩效应消除装置包含有：

一串音色彩估计器，接收该色彩信号，用来估计该色彩信号中包含的串音色彩成分；

一调制器，耦接于该串音色彩估计器，并接收该第一载波，用来使用该第一载波以将该串音色彩成分转变成一亮度补偿成分；一加法装置，接收该亮度信号，并耦接于该调制器，用来将该亮度信号加上该亮度补偿成分以产生一已补偿亮度信号；以及

一减法装置，耦接于该串音色彩估计器，并接收该色彩信号，用来将该色彩信号减去该串音色彩成分以产生一已抑制色彩信号。

2.如权利要求1所述的串音色彩效应消除装置，其中该减法装置包含有：

一第一减法器，用来将该色彩信号中一U信号减去该串音色彩成分中一串音色彩U成分；以及

一第二减法器，用来将该色彩信号中一V信号减去该串音色彩成分中一串音色彩V成分。

3.如权利要求1所述的串音色彩效应消除装置，其中该调制器包含有：

一第一乘法器，用来将该串音色彩成分中一串音色彩U成分乘以一第二载波，其中该第二载波与该第一载波具有90度的相位差；

一第二乘法器，用来将该串音色彩成分中一串音色彩V成分乘以该第一载波；以及

一第一加法器，用来输出该亮度补偿成分；

其中，该加法装置为一第二加法器，接收该亮度信号，并耦接于该第一加法器。

4.如权利要求3所述的串音色彩效应消除装置，其中该第一加法器耦接于该第一与第二乘法器，用来将该第一与第二乘法器的输出信号相加以产生该亮度补偿成分。

5.如权利要求3所述的串音色彩效应消除装置，其中该调制器还包含有一第三乘法器，耦接于该第二乘法器，用来进行欧规信号的处理工作；该第一加法器耦接于该第一与第三乘法器，用来将该第一与第三乘法器的输出信号相加以产生该亮度补偿成分。

6.如权利要求1所述的串音色彩效应消除装置，其中该串音色彩估计器为由该色彩信号的二维或三维的相位关系过滤出该色彩信号中所包含的串音色彩成分的装置。

7.一种串音色彩效应处理装置，用来处理一图像信号中的串音色彩效应，其中该图像信号中包含有一色彩信号与一亮度信号，该装置包含有：

一特性撷取器，接收该亮度信号，用来撷取该亮度信号中可能造成串音色彩效应的候选成分；

一解调器，耦接于该特性撷取器，用来使用一第一载波将该候选成分转变为一候选串音色彩成分；

一串音色彩估计器，接收该色彩信号，用来估计该色彩信号中包含的串音色彩成分；

一相位检测器，耦接于该解调器与该串音色彩估计器，用来比较该候选串音色彩成分与该串音色彩成分的差异，以输出一差异信号；以及

一反馈电路，耦接于该相位检测器与该解调器，用来依据该差异信号产生该第一载波。

8.如权利要求7所述的串音色彩效应处理装置，其中该串音色彩效应处理装置还包含有一相位旋转装置，耦接于该解调器与该相位检测器之间，用于处理欧规信号时，对该候选串音色彩成分进行相位旋转的工作。

9.如权利要求7所述的串音色彩效应处理装置，其中该特性撷取器为带通滤波器或二维边线或对角线的检测装置。

10.如权利要求7所述的串音色彩效应处理装置，其中该解调器包含有：

一第一乘法器，用来将该候选成分乘以该第一载波；

一第二乘法器，用来将该候选成分乘以一第二载波，其中该第二载波与该第一载波具有90度的相位差；

一第一滤波器，用来对该第一乘法器的输出信号进行滤波的工作；以及

一第二滤波器，用来对该第二乘法器的输出信号进行滤波的工作。

11.如权利要求7所述的串音色彩效应处理装置，其中该反馈电路包含有：

一同步装置，用以依据该差异信号调整该第一载波的相位；

一弦波产生器，耦接于该同步装置，用来产生该第一载波；以及

一相位旋转器，耦接于该弦波产生器，用来将该第一载波旋转相位90度以产生一第二载波。

12.如权利要求11所述的串音色彩效应处理装置，其中该同步装置为一锁相回路。

13.如权利要求11所述的串音色彩效应处理装置，其中该同步装置耦接于该相位检测器与该弦波产生器之间，用来依据该差异信号调整该弦波产生器产生的第一载波的频率或相位。

14.如权利要求11所述的串音色彩效应处理装置，其中该串音色彩估计器可依据估计出的串音色彩成分的大小产生一增益信号；该反馈电路可还包含一第三乘法器，用来将该增益信号与该差异信号相乘；该同步装置耦接于该第三乘法器与该弦波产生器之间，用来依据该第三乘法器运算的结果调整该弦波产生器产生的第一载波的频率或相位。

15.如权利要求7所述的串音色彩效应处理装置，其中该串音色彩估计器为可由该色彩信号的二维或三维的相位关系过滤出该色彩信号中所包含的串音色彩成分的装置。

16.如权利要求7所述的串音色彩效应处理装置，其中该串音色彩效应处理装置还包含有：

一调制器，耦接于该串音色彩估计器与该反馈电路，用来使用该第一载波将该串音色彩成分转变成一亮度补偿成分；以及

一加法装置，接收该亮度信号，并耦接于该调制器，用来将该亮度信号加上该亮度补偿成分以产生一已补偿亮度信号。

17.如权利要求16所述的串音色彩效应处理装置，其中该串音色彩效应处理装置还包含有：

一减法装置，接收该色彩信号，并耦接于该串音色彩估计器，用来将该色彩信号减去该串音色彩成分以产生一已抑制色彩信号。

18.如权利要求17所述的串音色彩效应处理装置，其中该减法装置包含有：

一第一减法器，用来将该色彩信号中一U信号减去该串音色彩成分中一串音色彩U成分；以及

一第二减法器，用来将该色彩信号中一V信号减去该串音色彩成分中一串音色彩V成分。

19.如权利要求16所述的串音色彩效应处理装置，其中该调制器包含有：

一第四乘法器，用来将该串音色彩成分中一串音色彩U成分乘以一第二载波，其中该第二载波与该第一载波具有90度的相位差；

一第五乘法器，用来将该串音色彩成分中一串音色彩V成分乘以该第一载波；以及

一第一加法器，用来输出该亮度补偿成分；

其中，该加法装置为一第二加法器，接收该亮度信号，并耦接于该第一加法器。

20.如权利要求19所述的串音色彩效应处理装置，其中该第一加法器耦接于该第四与第五乘法器，用来将该第四与第五乘法器的输出信号相加以产生该亮度补偿成分。

21.如权利要求19所述的串音色彩效应处理装置，其中该调制器还包含有一第六乘法器，耦接于该第五乘法器，用来进行欧规信号的处理工作；该第一加法器耦接于该第四与第六乘法器，用来将该第四与第六乘法器的输出信号相加以产生该亮度补偿成分。

22.一种串音色彩效应消除方法，用来消除一图像信号中的串音色彩效应，其中该图像信号中包含有一色彩信号与一亮度信号，该方法包含有：

(a)估计该色彩信号中包含的串音色彩成分；

(b)使用一第一载波将该串音色彩成分转变为一亮度补偿成分，其中该第一载波与解调该图像信号时使用的载波具有相同的频率与相位；

(c)将该亮度信号加上该亮度补偿成分以产生一已补偿亮度信号；以及

(d)将该色彩信号减去该串音色彩成分以产生一已抑制色彩信号。

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