CN101309431A

CN101309431A - 一种复合视频编码器装置

Info

Publication number: CN101309431A
Application number: CNA2008101501539A
Authority: CN
Inventors: 葛晨阳; 冯耀; 吕赫南; 张超; 张斌; 龚光磊
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2008-11-19

Abstract

本发明提供了一种复合视频编码装置，实现了数字视频信号向符合pal/ntsc制式的复合视频信号的编码，完成色副载波产生、色度调制和同步信号、消隐信号的插入等功能。解决了普通电视接收机与数字视频信号源的不兼容问题。很好的实现了数字视频信号向普通电视机的向下兼容。

Description

一种复合视频编码器装置

技术领域

本发明是有关数字电视领域普通视频信号的编码，尤其指一种同步于数字视频源并将数字视频源转换成符合PAL或NTSC制的复合视频信号(CVBS)的编码装置，特别涉及一种复合视频编码器装置。

背景技术

随着数字电视信号时代的到来和计算机网络的广泛使用，现在的模拟电视接收机已难以满足需求。然而，现在老百姓家里的电视接收机在一段时间内不会消失，为了使模拟接收机能够接收来自电脑，数码相机以及其他提供数字rgb或ycbcr信号的数字信号源的信号，就需要将这些数字信号编码成我们现在的电视机所能接收的符合ntsc或pal制式的复合视频信号。也就需1要视频编码器。

由于现在应用的普通电视机均为模拟电视，只能接收模拟全电视信号，而不能接受不久的将来将要普及的数字电视信号。相关方面的解决办法很少，虽然英美在很早之前已经有关于编码器的研究和应用，而在国内还没有针对解决数字电视时代到来而普通电视不能接收这样问题的装置，从而将导致数字电视信号一旦普及，普通电视将无法使用的局面。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种复合视频编码器装置，本装置使普通电视能够接收数字电视信号，很好的解决了当前数字电视信号和模拟电视机不兼容的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：输入信号标准化处理模块与数字视频编码器，二者相连接，数字视频编码器，包括亮度信号处理模块与亮度信号与色度信号合成模块连接；色同步信号生成模块与色度调制模块连接；色副载波产生模块与色度调制模块连接；色度调制模块与亮度信号与色度信号合成模块连接；亮度信号与色度信号合成模块与输出模块连接；复合信号生成及系统同步模块与亮度信号处理模块、色同步信号生成模块、色副载波产生模块、色度调制模块、亮度信号与色度信号合成模块各模块均连接。

数字视频编码器，其系统时钟为13.5mhz。

复合信号生成及系统同步模块包括两个计数器，一个行计数器，一个场计数器。

亮度信号处理模块包括：加入消隐底座与加入行同步信号相连接；加入行同步信号与加发器连接；加入场同步信号与加发器连接。

色副载波生成模块包括：加法器与取模器相连接；选择器与加法器连接；加法器与取模器连接。加法器与取模器连接；取模器与加法器连接；加法器与加法器连接；加法器与反向器、选择器、抑或门连接；反向器与选择器连接；选择器与正弦查找表存储器、余弦查找表存储器连接；抑或门与抑或门连接；与门与抑或门连接。

色同步信号生成模块，它包括：场指示器与色同步信号产生连接；场次指示器与色同步信号产生连接。

色度调制模块，该模块包括低通滤波器与延迟器连接；延迟器与乘法器连接；乘法器与延迟器、色副载波生成模块、色度信号合成模块连接；低通滤波器与延迟器连接；延迟器与乘法器连接；乘法器与砚池器、色副载波生成模块、色度信号合成模块连接；延迟器与乘法器连接；乘法器与色副载波生成模块、延迟器、色度信号合成模块连接。

色度信号和亮度信号合成模块包括：延迟器与加法器连接；延迟器与加法器连接；加法器与延迟器、延迟器连接。

采用本发明能够接收数字电视信号，以及来自电脑或数码相机等的数字RGB信号，把它们编码成模拟全电视信号，模拟电视机能够直接接收并显示，显示效果行、场稳定，颜色鲜艳，令人满意。接收数字RGB或YCbCr信号，输出符合pal制或ntsc制的，模拟电视接收机能够接收的复合视频信号CVBS。

附图说明

图1为本发明的顶层框图。

图2为亮度信号处理模块的方块图。

图3为色副载波生成模块的方块图。

图4为色同步信号生成模块的方块图。

图5色度调制模块的方块图。

图6为色度信号与亮度信号合成模块的方块图。

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

本发明接收来自电脑，数码相机或其他途径的数字RGB或YCbCr信号，输出符合pal或ntsc制的复合视频信号。该编码装置由输入信号标准化模块，各种复合信号生成及系统同步模块，亮度信号处理模块，色副载波产生模块，色同步信号生成模块，色度调制模块，亮度信号与色度信号合成模块，输出模块等八大模块。其中，亮度信号处理模块构成了亮度通道，色副载波产生模块，色同步信号嵌入模块和色度调制模块构成了色度通道。

一输入信号标准化模块，接收输入的数字Y、U、V，Y、CB、CR，RGB等各种数字视频格式，转化成统一的各通道10位的4:4:4的YUV格式，其中系统采样时钟为13.5Mhz。

一各种复合信号生成及系统同步模块，接收输入的数字Y、U、V信号、以及用于同步的行同步、行有效、场同步、场消隐和奇偶场信号，产生整个系统赖以同步的基准信号：行计数器、场计数器，分别用来指示每行中的同步情况和每场中的同步情况。

一亮度信号处理模块，接收各种复合信号生成及系统同步模块传来的同步信号以及数字亮度信号Y，进行亮度通道中的各种处理，产生用于和色度信号进行合成的亮度信号。

一色副载波生成模块，包括一个精准的三阶dto模块，用来产生4.43MHZ(PAL)/3.58MHZ(NTSC)的色副载波，在PAL制下，在pal_switch指示下针对PAL行或NTSC行调整其相位，并送往色度调制模块。

一色度调制模块，将低频的色差信号调制到相对高频的色副载波上，形成色度信号。

一亮度信号与色度信号合成模块，色度信号与亮度信号同时被送往亮度信号与色度信号合成模块，色度信号与亮度信号相加形成数字的CVBS信号，然后送往输出模块。

一输出模块，将数字的复合视频信号通过10bit DAC，形成最终的模拟复合视频信号(CVBS)。

参照图1所示，本发明视频编码器的顶层模块，主要包括输入信号处理模块100、各种复合信号生成和系统同步模块210、亮度处理模块220、色同步信号生成模块230、色副载波生成模块240、色度信号调制模块250、亮度信号与色度信号合成模块260、输出模块270等。

各种格式的数字视频信号进入系统后，首先送入输入信号处理模块100，里面包括数字视频信号到YUV的转换模块，包括RGB-YUV、YCBCR-YUV等转换矩阵，从而产生后面的复合视频编码器模块200所能处理标准的各通道为10位的4:4:4YUV数字视频格式。

数字视频信号进入视频编码器200后，首先进入各种复合信号产生和系统同步模块210，产生系统赖以同步的各种标准同步信号，包括行计数器，场计数器，行同步信号，行有效信号，场消隐信号，场同步信号，场次指示器信号，奇偶场信号等。行计数器用指示一行中的每个象素点，场计数器用来指示该行在每祯中处于第多少行，场次指示器根据产生制式的不同分别用来指示四场中的一场或八场中的一场等。这样在各种复合信号产生和系统同步模块210中就产生了整个系统其他模块处理中的同步和控制信号。

亮度处理模块220主要接收亮度信号以及各种同步信号来合成合成模块需要的亮度信号。色度处理模块240主要接收色差信号和色同步信号以及色副载波信号，调制成合成模块需要的色度信号，而这两个模块的输出信号以及两个模块处理间的同步是靠同步控制接口来进行控制的。合成模块合成CVBS信号。

参照图2所示，亮度处理模块220，输入亮度信号Y在行计数器和场计数器的同步指示下，依次通过加法器加上消隐底座221和行同步信号222、场同步信号223(内部生成)而形成亮度信号Y1。针对输出的不同制式，其消隐底座和行同步信号、场同步信号的幅度和波形会有不同，相关信息参考广播电视信号标准。

参照图3所示，该模块送出的色副载波主要是调制色度信号和色同步信号。它包括五个加法器241、242、243、248、249，一个模为2048的取模器245，一个模为4*Hcount的取模器246，一个模为625的取模器247，一个512*11的余弦查找表存储器2412，一个512*11的正弦查找表存储器2413，一个选择器2411，一个取反器2410，一个与门2414等等。这里运用的是DTO原理，至于DTO原理，不是本发明的重点，这里不再赘述。系统的采样时钟为13.5mhz。这样根据我们想要的副载波频率我们通过设定图中标定的p1、p2、p3的值以及设计取模器的模值来实现。如图所示，本发明设计的DTO模块为一个三阶DTO，其产生的载波的频率和系统采样时钟的关系为：

\frac{F_{SC}}{F_{S}} = \frac{P_{1} + \frac{(P_{2})}{(4) (HCOUNT)}}{2048} .

对于NTSC制，P1和p2要满足下面的公式：

\frac{F_{SC}}{F_{S}} = \frac{P_{1} + \frac{(P_{2})}{(4) (HCOUNT)}}{2048} = (\frac{910}{4}) (\frac{1}{HCOUNT}) .

对于PAL制，p1和p2要满足下面的公式：

\frac{F_{SC}}{F_{S}} = \frac{P_{1} + \frac{(P_{2})}{(4) (HCOUNT)}}{2048} = (\frac{1135}{4} + \frac{1}{625}) (\frac{1}{HCOUNT})

在625行的制式中，还要另加一个625的取模循环，如模块(247)。在其他制式中，则不需要。对于每一个取模循环，设定好的p值通过一个加法器与取模器的输出值进行累加后再通过取模器进行取模运算，处于底两层的DTO运算得到的值作为上层输入的一部分，最顶层得到的值作为正余弦查找表寻址的一部分用来产生副载波的频率，寻址的另一部分通过另外两个加法器的输入端进行设定，而这个输入端只影响到产生的副载波的相位，而第一个寻址部分则影响到频率。DTO产生的值首先加上768(pal制基准相位135)或1280(ntsc制基准相位180)，对于ntsc制：在行消隐期间，DTO的值直接送往正弦查找表2413进行寻址，在行有效期间再相移180，即加上1280，然后，分别送到正弦查找表2413和余弦查找表2412进行寻址。对于pal制：由于pal制要求逐行变相，即分pal行和ntsc行，用公式来表示为：e_c(t)＝u(t)+v(t)＝U(t)sinω_sct+φ_k(t)V(t)cosω_sct。其中φ_k(t)，为一个二值函数，在PAL行为-1，在NTSC行为+1。这样就要求色同步信号也逐行倒相，在pal行为225度，在ntsc行为135行。由DTO送出的信号基准相位为135，故在行消隐期间，在ntsc行要加上0，在pal行要加上512，如248所示。得到的值送往正弦查找表2413进行寻址得到调制色同步信号的色副载波。在行有效期间，DTO送到加法器249，pal行加上768(相移135)，ntsc行加上1280(相移225)，得到的值分别送到正弦查找表2413和余弦查找表2412产生调制色差信号的色副载波。为了节省存储器的空间，这两个查找表分别存储了1/2pi的正余弦的幅度值，因此，至于正余弦的正负及所处的象限则按照其对称性通过对查找表的寻址安排进行解决，如图3中的反向器2410，选择器2411，与门2414等模块进行处理。这样便得到了满足频率和相位要求的色副载波的幅度值。

参照图4所示，该模块包括一个场计数器231，一个场指示器232和一个生成模块233。场计数器231是指每个行同步信号的上升沿到来时进行计数加1，加到625重置，用来指示每一行在每一帧的位置，场次指示器232用来指示8场中的每一场的次序，每8场一个轮回。这些都是为了来指示色同步信号的插入有效期，它们所起的作用就相当于一个开关，当有效时，色同步信号插入，无效时，色差信号通过。这样便产生了插入色同步度信号的色差信号C1。

参照图5所示，该模块有两个低通滤波器251、252，三个延迟器253、254、255，三个乘法器256、257、258和一个色度信号合成模块259组成。本模块接收色同步信号和色差信号U、V。色差信号U、V分别通过低通滤波器251、252进行低通滤波，然后送往延迟器254、255进行时序控制，由于在色度信号合成模块259进行合成时要求色同步信号和色差信号完全同步，故需要插入延迟模块进行控制。色同步通道也一样，送往延迟器253进行时序控制。然后三路信号分别送入乘法器256、257、258，分别与来自色副载波产生模块的色副载波进行相乘，完成对色副载波的调制。最后三路信号送往色度信号合成模块259，完成加法运算，形成色度信号C。

本发明用到的滤波器为21阶高精度FIR滤波器，实验获得的滤波器系数为浮点数，但考虑到集成电路运算的特点，我们将滤波器系数放大512倍后取整数，即保证了滤波器的最小精度为1/512，又充分利用了位运算的特点将最后的运算结果右移9位(相当于除以512)保证运算的准确性，滤波器输出结果将直流增量去除就得到最终输出结果。

图5中LPF(251，252)低通滤波器的滤波器系数为：

K_x	实验值*512
K_x	实验值*512	K₁＝K₂₁	1
K₂＝K₂₀	3	K₁＝K₂₁	1
K₂＝K₂₀	3	K₃＝K₁₉	9
K₄＝K₁₈	9	K₃＝K₁₉	9
K₄＝K₁₈	9	K₅＝K₁₇	3
K₆＝K₁₆	-6	K₅＝K₁₇	3
K₆＝K₁₆	-6	K₇＝K₁₅	-35
K₈＝K₁₄	-45	K₇＝K₁₅	-35
K₈＝K₁₄	-45	K₉＝K₁₃	134

K₁₀＝K₁₂	272
K₁₀＝K₁₂	272	K₁₁	332

表一

参照图6所示，包括两个延迟器261、262和一个加法器263，另外需要外部模块送来的同步基准信号进行同步控制，来指示延迟器的延迟点数。所谓同步就是根据内部的行计数器和场计数器的指示来决定两路信号是否可加。这里我们可以通过修改内部寄存器的值来时时的根据同步情况进行同步调整。这样就得到了数字的CVBS。本发明还有一个输出模块270，即一个数模转换器，通过数模转换器后就会得到模拟的CVBS信号。数模转换器不是本发明的重点，这里不作介绍。

这样就得到了符合pal/ntsc制的复合视频信号，也就实现了所谓的数字信号的向下兼容，即向普通电视机兼容。

Claims

1.一种复合视频编码器装置，输入信号标准化处理模块(100)与数字视频编码器(200)，二者相连接，其特征在于，数字视频编码器(200)，包括亮度信号处理模块(220)与亮度信号与色度信号合成模块(260)连接；色同步信号生成模块(230)与色度调制模块(250)连接；色副载波产生模块(240)与色度调制模块(250)连接；色度调制模块(250)与亮度信号与色度信号合成模块(260)连接；亮度信号与色度信号合成模块(260)与输出模块(270)连接；复合信号生成及系统同步模块(210)与亮度信号处理模块(220)、色同步信号生成模块(230)、色副载波产生模块(240)、色度调制模块(250)、亮度信号与色度信号合成模块(260)各模块均连接。

2.根据权利要求1所述的一种复合视频编码器装置，其特征在于，数字视频编码(200)，其系统时钟为13.5mhz。

3.根据权利要求1所述的一种复合视频编码器装置，其特征在于，复合信号生成及系统同步模块(210)包括两个计数器，一个行计数器，一个场计数器。

4.根据权利要求1所述的一种复合视频编码器装置，其特征在于，亮度信号处理模块(220)包括：加入消隐底座(221)与加入行同步信号(222)相连接；加入行同步信号(222)与加发器(224)连接；加入场同步信号(223)与加发器(224)连接。

5.根据权利要求1所述的一种复合视频编码器装置，其特征在于，色副载波生成模块(240)包括：加法器(243)与取模器(247)相连接；选择器(244)与加法器(242)连接；加法器与取模器(246)连接。加法器(241)与取模器(245)连接；取模器(245)与加法器(248)连接；加法器(248)与加法器(249)连接；加法器(249)与反向器(2410)、选择器(2411)、抑或门(2415)连接；反向器(2410)与选择器(2411)连接；选择器(2411)与正弦查找表存储器(2413)、余弦查找表存储器(2412)连接；抑或门(2415)与抑或门(2416)连接；与门(2414)与抑或门(2416)连接。

6.根据权利要求1所述的一种复合视频编码器装置，其特征在于，色同步信号生成模块(230)，它包括：

场指示器(231)与色同步信号产生(233)连接；场次指示器(232)与色同步信号产生(233)连接。

7.根据权利要求1所述的一种复合视频编码器装置，其特征在于，色度调制模块(250)，该模块包括低通滤波器(251)与延迟器(254)连接；延迟器(254)与乘法器(257)连接；乘法器(257)与延迟器(253)、色副载波生成模块(240)、色度信号合成模块(259)连接；低通滤波器(252)与延迟器(255)连接；延迟器(255)与乘法器(258)连接；乘法器(258)与延迟器(255)、色副载波生成模块(240)、色度信号合成模块(259)连接；延迟器(253)与乘法器(256)连接；乘法器(256)与色副载波生成模块(240)、延迟器(253)、色度信号合成模块(259)连接。

8.根据权利要求1所述的一种复合视频编码器装置，其特征在于，色度信号和亮度信号合成模块(260)包括：

延迟器(261)与加法器(263)连接；延迟器(262)与加法器(263)连接；加法器(263)与延迟器(261)、延迟器(262)连接。