CN1008046B

CN1008046B - 分段线性数字视频信号处理装置

Info

Publication number: CN1008046B
Application number: CN 85105010
Authority: CN
Inventors: 弗林格
Original assignee: RCA Licensing Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp; RCA Corp
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1990-05-16
Also published as: CN85105010A

Abstract

一种处理数字视频信号的设备，能显示从信号源来的正、负值其中一装置产生数字信号的绝对值，另一装置产生与该绝对值和来自信号源的参考值的差相对应的信号，一极性鉴别器，一极性倒相线路等。极性倒相线路输出处理过的对称信号，其功能由参考值决定。作为替换的方案是：第一、二门限/极性鉴别器各接收第一、二参考值。还有一信号标定装置，一信号合成器等。信号合成器输出处理过的数字信号。

Description

本发明是关于一种具有分段线性传输特性的装置，特别是关于在数字视频信号处理设备中利用该装置来峰化垂直细节信号。

在视频信号处理装置中，例如在一台电视接收机中，通常将视频信号的亮度信号分量和色度信号分量分开，使得可分开地处理这两个分量。这可采用将视频信号进行简单滤波的办法，将它分为高频分量频段（用于色度）和低频分量频段（用于亮度）。但是最可取的技术方案是将信号通过一个梳状滤波器进行分离，从而利用该亮度分量和色度分量的交错特性（interleaved nature）。在这个梳状滤波器中，视频信息中的两个、或更多个逐次相继的行相加和相减，产生分开的亮度和色度信号，在输出呈现互补的梳齿状的响应特性。可是当视频信号在整个视频频段内作梳状滤波时，色度和亮度信息两者将同时在标称为色度输出的输出端的信号中出现。在美国国家电视系统委员会（NTSC）的电视系统中，色度信息占据的频带大约在这个输出信号中约为2.0Mz。而亮度信息（被称为垂直细节信息）的频带大约低于1.0Mz。垂直细节信息在精确上限频率是屏幕信息含量（scene content）的函数。

当视频信息作数字化处理时，数字编码的色度和垂直细节信息信号可以用限定脉冲响应的低通和带通滤波器来分开。然后色度信息可以解调，并在一数字色度信号处理器中加以处理。并且垂直细节信息与经过梳状滤波、在梳状滤波器的亮度输出端得到的亮度信号相结合，产生完全复原的亮度信号。

除了在亮度信号中恢复垂直细节信息外，曾经希望对亮度信号加一另外的垂直细节信息作为一峰化信号，它有利于产生一更陡的、轮廓更鲜明的再显图象。也曾有实验表明：希望在具有一种特殊的非线性信号幅度传递函数特性的电路中，在峰值信号与恢复的亮度信号合并以前处理此峰值信号，用于模拟信号的一种这样的非线性处理线路在美国专利第4，245，237号中作了描述和展示，这个处理线路使不同幅值的垂直细节信号得到不同的信号增益。明确地说，小幅值的信号都以一规定的低的增益传递，称为“核化”（Coring），以衰减低幅值的噪音;中等幅值的信号都经过增强（峰化）;而大幅值的信号都遭受幅值减小（削弱）。

以相似的方法来处理数字化的视频信号的数字线路，描述在美国专利第4，422，094号中。这一发明装置包括一数字存贮器，此存贮器以代表所希望的传递函数的数据字来进行编程。需作处理的数字垂直细节信号被作为地址输入码而加到存贮器。存贮器产生一个输出信号，它与由希望的传递特性所转换的输入信号相对应，以此，作为对地址输入码的响应。输入信号和从存贮器输出的信号合并，然后与经过梳状滤波的亮度信号合并。实现具有带存贮器的传递函数有一个缺点，即该函数不能方便地改变为信号特性的函数。为了改变传递函数，通常需要改变存贮器的程序。为了完成程序改变，需要额外的缓冲存贮器，并且显然地这是一较慢的过程，需要几个帧周期。

本发明的一个目标是，提供一种以无存贮器为基本特征的数字信号处理系统，用于处理诸如具有分段线性传递函数的垂直细节信号。还有一个目标是：提供一系统，它基本上能瞬时地改变程序，并且不需要附加的硬件。

本发明是一种提供对称的、分段线性的、非线性的传递函数的装置。按照现发明的一个方面，该发明装置处理一数字视频信号，该信号能够显示从一信号源来的正值和负值。一个装置是用来产生此数字信号的绝对值。另一装置产生一信号，它与此绝对值和由一信号源供给的参考值之间的差值相对应。一极性鉴别器，它只传递一种极性的差值。另外。一极性倒相线路，它根据产生于数字视频信号源的采样信号的极性，对加到其输入端的采样值的极性进行倒相。还有一些装置用来将极性鉴别器耦合到极性倒相线路的输入端。这样，此极性倒相线路的输出是对称的、处理过的信号，它在功能上决定于参考值。

按照本发明的另一个方面，第一个和第二个门限/极性鉴别器分别接收第一个和第二个参考值。它们是在参考信号的各输入口由一信号源供给的。装置将第一个门限/极性鉴别器的信号输入口耦合到绝对值装置。并且将第二个门限/极性鉴别器的输入口耦合到第一个门限/极性鉴别器输出口。对于所加的输入信号超过参考值时，门限/极性鉴别器仅提供一种极性的输出。一信号标定装置，它的输入耦合到第二个门限/极性鉴别器的输出。一信号合成器，它的一个输入耦合到信号标定器的输出，并且它的另一个输出耦合到第一个门限/极性鉴别器的输出。在信号合成器的输出可得到一个处理过的数字信号。

在一个实施方案中，待处理的信号都加到一绝对值线路，它输出一个不带符号的幅值和一个指示采样极性的信号。此幅值加到互相级联的第一、第二和第三信号合成线路（SCC），和第一、第二和第三信号极性鉴别器（在此，使用仅传送一种极性信号的极性鉴别器）。第二个SCC由第一个极性鉴别器耦合到第一个SCC的输出。而第三个SCC由互相串联的第二个极性鉴别器和第一个信号标定装置耦合到第二个SCC的输出。这第三个SCC还由互相串联的第一个极性鉴别器和第二个信号标定线路耦合到第一个SCC的输出。最后，第三个SCC的输出经过第三个极性鉴别器线路耦合到一信号互补线路。此信号互补线路由来自绝对值线路的极性信号加以控制。

第一个SCC从幅值中减去第一个参考值。由第一个鉴别器传递的单极性差值与一“核化”（cored）信号相对应。第二个SCC从单极性差值中减去第二个参考值，并由第一个标定线路定第二个参考值。来自第一个鉴别器的单极性差值也由第二标定线路标定。第三个SCC从由第二个标定线路标定的采样值中减去由第一个标定线路标定的采样差值。从第三个SCC得到的单极性信号由第三个极性鉴别器耦合到信号互补线路。

对于采样值X_n，线路的输出Y_n可表示为：

Yn＝（K₂（Xn-X_R1）p-K₁（（Xn-X_R1）p-X_R2）p）p其中各个注以下标p的括号的意思是：括号内这一函数的值都分别地只有一个极性，K₁和K₂分别是第一个和第二个标定因子。而X_R1和X_R2分别是第一个和第二个参考值。

此函数通过改变标定因子或改变参考值而可被程序控制。

在各图中，

图1是数字式电视接收机的方块图，图中示出与垂直细节信号处理有关的基本线路元件。

图2是实现本发明的垂直细节信号处理装置的逻辑图。

图3是垂直细节处理线路的峰化/削弱部分的传递函数。

在图1和图2中，互相连接各元件的宽箭头，代表提供诸如并行的二进制信号的并行信号线。互相连接的窄箭头，代表提供模拟信号的单条信号线。在此，一般假定采样值都是2的补码形式，并且线路单元都是设计用来处理2的补码信号的。

图1示出一台电视接收机的数字信号处理部分。广播的视频信号由天线10接收，并加到通常的调谐中频检波线路12。此调谐中频检波线路产生一基带混合视频信号，加到模拟一数字转换器（ADC）14的模拟信号输入端。举例来说，ADC14以四倍于彩色副载波的采样速度产生模拟信号的二进制样值。从ADC14来的数字信号，加到一数字梳状滤波器16的输入口。该滤波器将数字式的混合视频信号变为互相分离的亮度部分（Y）和色度部分（C）。亮度信号加到亮度处理单元18，它可包括峰化和“核化”线路、对比度控制线路等。由单元18处理过的采样信号，加到一加法线路22。在线路22中，处理过的亮度信号与一从梳状滤波后的色度信号恢复出来的垂直细节信号合并。来自加法线路22的信号加到一矩阵线路24，在这里它与处理过的色度信号相结合，产生用于驱动图象显示装置的红、绿和兰信号。

从梳状滤波器16来的色度信号，加到色度处理单元26。单元26可以包括一中心处于彩色副载波附近的带通滤波器、色度控制线路、自动肤色（flesh）线路、饱和控制、解调器线路等、单元26产生处理过的不同彩色信号分量（R-Y）、（B-Y）或来自色度信号的I、Q信号，并将它们加到矩阵线路24。

从单元16来的梳齿滤波后的色度信号，也加到低通滤波器28。它显著地衰减色度分量。并让产生在梳状滤波后的色度信号中的亮度垂直细节分量通过。为了详细解释为什么亮度垂直细节信息出现在梳状滤波后的色度信号中，可参看D，H·普里特查德的文章：“一种用于彩争电视接收机图象增强的电荷耦合器件梳状滤波器”，见《美国无线电公司评论》41卷，3-28页，1980年3月。在垂直细节处理器30中，垂直细节信息被峰化，并加到加法线路22，在那里它再和主亮度信号合并。

在数字接收机中，大多数线路单元都是由一中央控制器控制的，例如，由一微处理器控制。这控制单元响应于使用者的命令、信号质量等，以产生和维持质量基本上稳定的再现图象。对于图1的装置是可以这样假定的。可是为了方便起见，在图1中示出的控制单元20仅和亮度处理单元18和垂直细节处理器30耦合。

通常，更希望在亮度处理单元之前将垂直细节信号和梳状滤波后的亮度信号再合并起来，以便亮度信号的两个分量经受类似的处理。可是在设计数字接收机时，要在亮度处理单元之前将线路的功能分隔开，以提供再合并的垂直细节信号是不实际的。在这个例子中，垂直细节处理器30，应该设计为响应于控制的输入信号，使得它跟踪亮度处理单元18的受控的变化。例如，假如在亮度处理单元19中，对比度倍增器对于亮度采样值提供较大的增益，则垂直细节处理器应该对垂直细节信号能够同时提供较大的增益。类似地，假如在线路18中，噪音减小线路是将信号的频带宽度变窄，垂直细节处理器可同时地增加噪音“核化”的门限。

一功能可变的或可程控的垂直细节信号处理线路示于图2。图2的装置“核化”、峰化和削弱垂直信号，并且然后将它返回去与它本身相加，形成一个信号，再与亮度信号合并。此“核化”/峰化/削弱功能在图3中图解说明。在图3中，输入信号以水平轴表示，而输出信号以垂直轴表示。对于输入信号从零到参考点1，输出信号保持为零，这就是所谓“核化”。对于从参考点1到参考点2的输入值，输入信号由常数K₂标定。将标定的输入信号与未标定的输入信号相加，趋向于产生一合成信号。相对在这个输入值范围内的输入信号，此合成信号被峰化或增强。在参考点2和点0之间，输入信号被一负的系数标定。此负系数的大小，在典型情况下小于前一系数。将这些刚刚提及的标定过的输入值与未标定的输入值相加，趋向于产生一合成信号。相对在输入值大于参考值的范围内的输入信号，此合成信号被削弱或减小，并且使它受到限制，不能与零轴相交。通过仅仅处理所加信号的幅值，然后再按照所加的负输入采样信号而改变处理过的采样信号的极性，就使图2的装置得到功能上的对称性。

参看图2，垂直细节信号加到母线35，它通到绝对值线路37和延迟单元50的输入口。垂直细节信号从延迟单元50耦合到合成线路51，在这里它与来自单元48的处理过的垂直细节信号合并，产生-“核化”/峰化/削弱的垂直细节信号。这个信号加到乘法器即标定线路52，它用增益系数K₃来标定信号，此增益系数是由诸如控制单元所提供的。延迟单元50插在输入母线35和合成单元51之间，以补偿在母线35和线路单元48之间在并联的垂直细节信号处理通道中的延迟。

绝对值线路37将外加的垂直细节信号转换为仅表征幅值大小的信号。此幅值X_n加到减法器39。从控制单元来的第一个参考值X_R1（对应于图3中的参考点1）加到减法器39的减数输入端。它输出差值（Xn-X_R1）。注意，单元39可以是一加法器线路，并且从控制单元过来的参考值X_R1可以具有负的极性。

从减法器39得到的差值加到与门40。该与门是按照在功能上作为极性鉴别器的方式而被联接的。差值（Xn-X_R1）的符号位加到与门40的一个倒相输入端，并且差值的数值位都加到其不倒相的输入端。由于这样安排，与门40仅通过正的差值幅度。（与门40可以由N个并联的2输入端与门来实现，它们各有一倒相输入端，耦合到符号位线上，并且还各有第二个输入端，连接到各自的幅值位的一条线上）。来自与门40的输出信号仅针对于比参考值X_R1的幅度大的那些信号，才具有非零的数值。这样，单元39和40合并起来执行“核化”功能，这也就是，它们将消除比X_R1值小的低电平的信号幅值的变化。

从与门输出的幅值，与成串联结构的合成线路41和与门43相耦合。合成线路41具有第二个参考值X_R2（对应于图3中参考点2-参考点1），它是从控制单元耦合过来的。单元41和43的组合所提供的功能与单元39和40相类似，可是，与门43仅当从单元41输入的幅值比X_R1加X_R2的值大时，才供出非零的数值。

从与门43的输出值加到标定线路45，它以一因子K₁对加入的采样信号作乘法或标定。标定线路45可以具有一固定的标定因子，或者它可以采用来自控制单元的标定因子而作成程控形式。在后面的情况下，线路45将是一真正的乘法器线路，或者是一可编程序移位线路和相加乘法器等。在前面的情况下，线路45可以是一硬接线移位线路（hard wired shift）和加法标定线路。另外，如果标定因了是一固定的二进制倍数或约数，单元45也可以是一硬接线位左移（hard wired bit shift left）或右移线路，它们对于每一位的移位分别用因子2来实现乘法或除法。

从标定线路45来的标定过的幅值加到信号合成线路46的第一个输入口。从与门40来的采样经过延迟单元42和标定线路44的耦合，加到合成线路46的第二个输入口，在那里由标定线路44标定过的采样值与来自标定线路45的采样值相减。延迟单元42用来补偿在与门40的输出口和合成线路46的输入口之间由并连的处理通道引起的信号处理的时间差。标定线路44和标定线路45具有相似的结构。在一特定的实施方案中，标定因子K₁和K₂分别为3/2和1，而参考值X_R1和X_R2，分别为十进制的4和十进制的28。

对于由绝对值线路37产生的各个幅值，当它们比X_R1小时，合成线路46的输出是零。当各幅值大于X_R1但小于（X_R2+X_R1）时，与门43都供出零值，且标定线路44都供出输出信号。对于各幅值比（X_R1+X_R2）大时，标定线路44和45两者都有输出，一个是正，而另一个是负。于是，直到幅值超过X_R1为止，输出响应都是零。对于幅值比X_R1大，但比（X_R2+X_R1）小时，输出响应呈现增益K₂。而且当幅值比（X_R2+X_R1）大时，输出响应呈现增益（K₂-K₁）（带有一个抵消）。

从合成线路46来的信号，加到门47，它的输出仅提供正值。然后，从与门47输出的采样值都加到2的补码线路48，它对那些加到母线35上，与负的垂直细节信号相对应的被处理的幅值施加算术上的“非”运算。2的补码线路48响应于与特殊的采样对应的符号位，该符号位已由延迟单元49在时间上进行了适当的延时。

通过在输入端的绝对值线路和在线路的非线性部分输出端的2的补码线路的组合，获得了对称的信号处理。假如与门40是直接地与2的补码线路48的输入耦合，则输出信号对称地“核化”。将与门40与带有标定线路44的2的补码线路48相耦合，产生一个“核化”信号，该“核化”信号中具有增益K₂这样一个倍乘因子。在与门40和2的补码线路48之间，将差值线路和极性鉴别器（例如与门41和43）的并行组合相加，就会使分段线性处理的范围增加。最后，将处理过的信号返回去与没有处理的信号相加，产生出峰化和削弱的信号。

Claims

1、一种用于处理数字视频信号的设备，包括：

施加能显示正、负值的数字信号的装置：其特征是：

响应于上述数字视频信号，从而产生一个与上述数字信号绝对值相对应的信号装置(37)；

参考值XR1的信号源；

响应于上述数字信号的绝对值和上述参考值XR1，从而产生一个与它们之间的差值相对应的信号的装置(39)；

响应于上述差值，从而仅让一种极性的差值通过的极性鉴别器(40)；

具有一个输入口和一个输出口的极性倒相线路(48)，它响应于产生于施加数字信号的装置中的数字信号采样值的极性，用来将加到它的输入端的采样信号的极性进行倒相；

用来将上述极性鉴别器(40)耦合到上述极性倒相线路(48)的输入口的装置(41-47)，其中从极性倒相线路输出的信号是一对称的处理过的、功能上决定于参考值XR1的信号。

2、按照权利要求1设备，其特征是：用于将上述极性鉴别器（40）耦合到上述极性倒相线路（48）的输入口的装置（41-47）包括：

一标定线路（44），它采用一标定因子将所施加的信号进行标定，它的输入口和输出口分别耦合到极性鉴别器（40）和极性倒相线路（48）。

3、按照权利要求2的设备，其特征是：用于将上述极性鉴别器（40）耦合到上述极性倒相线路（48）的输入口的装置（41-47）还包括：

参考值XR2的信号源;

信号合成装置（41），它具有分别与上述极性鉴别器（40）和上述参考值XR2信号源相耦合的第一个和第二个输入口，用来在它的一个输出口提供加到上述第一个和第二个输入口的采样信号的差值;

第二个极性鉴别器（43），它与上述信号合成装置的输出口相耦合，用来仅让一种极性的差值通过;

第二个信号合成装置（46），它具有第一个和第二个输入口，并具有一个输出口;

分别用于将上述第二个信号合成装置（46）的第一个和第二个输入口耦合到上述标定线路（44）输出口和第二个极性鉴别器（43）的装置;以及用于将上述第二个信号合成装置（46）的输出口耦合到上述极性倒相线路（48）的输入口的装置（47），其中由上述极性倒相线路（48）产生的输出信号是一分段线性对称处理过的信号。

4、按照权利要求3的设备，其特征是：用于将第二个极性鉴别器（43）耦合到第二个信号合成装置（46）的装置还包括用于以一常数对所施加的信号进行标定的标定线路（45）。

5、按照权利要求3的设备，其特征是：用于将第二个信号合成装置（46）耦合到极性倒相线路（48）的装置包括第三个极性鉴别器线路（47）。

6、按照权利要求3的设备，其特征是：还具有第三个信号合成线路（51），它具有第一个和第二个输入口，分别与用来施加一数字信号的装置（35）和上述极性倒相线路（48）的输出口相耦合，该信号合成线路（51）用于产生一个至少在数字信号输入值的一个范围内对称地被峰化的合成信号。

7、按照权利要求3的设备，其特征是：上述第二个信号合成装置（46）将加到它的第一个和第二个输入口的信号相减后而合并。

8、按照权利要求3的设备，其特征是：用来将第二个信号合成装置（46）的第一个输入口耦合到标定线路（44）的装置中包括一延迟单元（42），用来平衡在上述第二个信号合成线路（46）的第一个和第二个输入口产生的信号采样的延迟。