CN1015504B

CN1015504B - 用于彩色电视信号编码和解码的方法和装置

Info

Publication number: CN1015504B
Application number: CN89102508.1A
Authority: CN
Inventors: 布罗德温德·兰德; 迈克尔·西尔弗伯路
Original assignee: Grundig EMV Elektromechanische Versuchsanstalt Max Grundig GmbH
Current assignee: Grundig EMV Elektromechanische Versuchsanstalt Max Grundig GmbH
Priority date: 1988-03-05
Filing date: 1989-03-06
Publication date: 1992-02-12
Also published as: EP0331985A3; JPH0263297A; AU3102389A; CN1036871A; DE3807248A1; AU628271B2; US4947243A; EP0331985A2

Abstract

如所周知，在彩色电视传输系统中，在发送机和接收机侧实现三维滤波操作，其目的是使得在显示屏上出现的以串色和亮度交叉形式的干扰尽可能最低。在这种现有技术系统中，例如，在PAL彩色电视传输系统中，实现PAL-编码和PAL-解码的时候没有考虑由PAL系统确定的眼睛的生理视线。

在本发明新颖的装置中，两个色差信号通道中的每一个都进行其自己的三维滤波操作，两个分滤波器选定了不同的通带。

Description

本发明涉及一种对彩色电视信号进行编码的装置，它包括：

提供一个亮度信号和第一及第二色差信号的装置;

一个三维滤波器电路，耦合接收上述亮度信号，以提供一个滤波的亮度信号;

第一和第二三维分滤波器，分别耦合接收上述第一和第二色差信号，以提供一个滤波的色差信号，上述每一个第一和第二分滤波器是一个由串联的低通滤波器和一个垂直-瞬时滤波器构成的;

一个正交调制器，用于把上述滤波的色差信号变换为调制的色度信号;以及

一个加法器电路，用于把上述滤波的亮度信号与调制的色度信号相加在一起。

此外，本发明涉及一种对于包含有一个亮度信号和一个调制的色度信号的彩色电视信号解码的装置，它包括;

一个正交解调器，用于把上述调制的色度信号变换为第一和第二色差信号;

一个三维滤波器电路，耦合接收上述亮度信号，及

一个三维滤波器电路，耦合接收上述第一和第二色差信号。

本发明还涉及一种使用编码彩色电视信号的装置和解码彩色电视信号的装置传输彩色电视信号的方法。

期刊“无线电指南”，1969年第12卷第847～851页，公开了一种根据PAL制编码彩色电视信号的装置。在现有技术的装置中，把陷波滤波器配置在亮度信号的通道中。使用该陷波滤波器的目的在于，在接收机端色度付载波解调中，不会错误地把亮度部分判断为色度信号，该信号变换为较低的频率并从而产生低频色度噪声。

期刊“电视和电影技术”，第39期，1985年第123-135页，描述了一种具有改进的亮度-色度分离数字的PAL-Codec（PAL编码器和PAL解码器）。使用这种数字的PAL-Codec，能够降低或避免如像在上述期刊所公开的那样现有技术的PAL-Codec中出现的色度串扰和亮度串扰效应。为了达到此目的，除了总是要使用的在fx方向上把频带限制至近的5.5MHz的方法之外，文章主要地提出提供一个相结合的垂直-瞬时前置滤波和后置滤波操作。这些措施在一起，导致三维亮度和色度信号的实现，这样亮度和色度成分二者被置于三维频率空间的准确位置，以便在接收机上，能够把亮度和色度分量以最大可能的无误码地分离开。

此外，在美国的第4683490号专利中公开了一种在NTSC彩色电视传输系统中用于编码彩色电视信号的装置，在该系统中，尤其是，总是把一个三维滤波器电路配置在亮度通道和色度通道中。色度通道中的三维滤波器电路包括三维分滤波器，该滤波器是由一个低通滤波器和一个结合的垂直-瞬时滤波器相串联的装置构成的。

以现有技术为基础，本发明的目的在于扩展在引言一节中所规定类型的装置，并且也提供一种传输彩色电视信号的方法，使之更注重人眼睛的生理特性。

根据本发明的第一个方面，在前序中描述的彩色电视信号编码装置的特征在于：耦合接收上述第一色差信号的垂直-瞬时滤波器的通带小于耦合接收上述第二色差信号的垂直-瞬时滤波器的通带。

根据本发明的第二个方面，在前序中描述的彩色电视信号解码装置的特征在于：上述三维色差信号滤波器电路包括分别耦合接收上述第一和第二色差信号的第一和第二三维分滤波器，上述第一和第二分滤波器的通带互不相同。

本发明的一些有利的实施例包括：

（A），如上所述的对彩色电视信号进行编码的装置，其特征在于：耦合接收上述第一色差信号的垂直-瞬时滤波器的通带小于耦合接收上述第二色差信号的垂直-瞬时滤波器的通带。而且，耦合接收上述亮度信号的三维滤波电路包括一个低通滤波器和一个联合的垂直-瞬时滤波器。

（B）.如（A）所描述的装置，其特征在于：仅将高频亮度信号部分加至联合的垂直-瞬时滤波器。

（C）.如（B）所描述的装置，其特征在于垂直-瞬时滤波器包括：

第一电路装置，在该装置中，上述高频亮度信号部分须经一个垂直-瞬时滤波操作，该操作与上述色差信号的垂直-瞬时滤波操作相反，

第二电路装置，在该装置中，第一转换装置的输出信号须经垂直-瞬时滤波操作，该操作与上述另一个色差信号垂直-瞬时滤波操作相反。

（D）.如上所述根据本发明的第二个方面、用于解码包括一个亮度信号和一个调制的色度信号的彩色电视信号装置，其特征在于：

上述三维色差信号滤波器电路包括第一和第二三维分滤波器，该分滤波器分别接收上述第一和第二色差信号，所述第一和第二分滤波器相互有不同的通带。而且，上述第一和第二分滤波器每一个是由一个联合的垂直-瞬时滤波器和一个低通滤波器相串联的装置构成的。

（E）.如（D）所描述的装置，其特征在于：耦合接收上述第一色差信号的垂直-瞬时滤波器的通带小于耦合接收上述第二色差信号的垂直-瞬时滤波器的通带。

（F）.按照如上所述根据本发明的第二个方面的彩色电视信号解码装置、（D）所述装置和（E）所述装置这三者中的任一种装置，其特征在于：仅仅将高频亮度信号部分加至一个联合的亮度垂直-瞬时滤波器。

（G）.如（F）所述装置，其特征在于：该亮度垂直-瞬时滤波器包括：

第一电路装置，在该装置中，上述高频亮度信号部分须经一个垂直-瞬时滤波操作，该操作是与上述色差信号的一个信号的垂直-瞬时滤波操作相反的，和，

第二电路装置，在该装置中，第一电路装置的输出信号须经垂直-瞬时滤波操作，该操作是与上述色差信号的另一个信号的垂直-瞬时滤波操作相反的。

因为色差信号的各自的三维滤波，使本发明的优点是更为突出。这些成分的每一种能够用一个清晰度来传送，该清晰度对于瞬时成分来说是最佳的清晰度。参照图1-7，从对本发明的描述，本发明的进一步优点将更为明显。除了能描述的方法用于PAL彩色电视传输系统之外，它还能够用于NTSC彩色电视传输系统中。

在图中：

图1是根据本发明用于编码彩色电视信号的装置的基本电路图;

图2a是图1的三维滤波器3的详图;

图2b是图1的三维滤波器4的详图;

图2c分别为图2a的滤波器32或图2b的滤波器42的基本工作方式的第一个例子;

图2d分别为图2a的滤波器32或图2b的滤波器42的基本工作方式的第二个例子;

图3是图1的三维滤波器电路的详图;

图4是根据本发明用于解码彩色电视信号的装置的基本电路图;

图5a是图4的三维分滤波器52的详图;

图5b是图4的三维分滤波器53的详图;

图6是图4的三维滤波器电路50的详图;和

图7表示实现联合垂直-瞬时滤波器的一个例子;

图1是根据本发明用于编码彩色电视信号的装置的基本电路图，在彩色电视摄像机中产生的RGB信号送到该装置的输入端。在矩阵电路1中，根据这些RGB信号产生一个亮度信号Y，一个第一色差信号U和一个第二色差信号V。亮度信号Y被加到一个三维滤波器2上，该电路配置在亮度通道中，它的工作方式将根据图3详细描述。三维的滤波的亮度信号加到加法器电路6的一个输入端。

第一个色差信号U加到一个三维滤波器电路3上，它的工作方式将根据图2a，c和d更详细地描述。三维滤波的色差信号U加至一个PAL调制器5上。

第二个色差信号V加到一个三维滤波器电路4上，它的工作方式将根据图2b，c，和d更详细地描述。三维滤波器的色差信号V也加到一个PAL调制器5上。

在PAL调制器5中，以一种基本上熟知的方法，把三维滤波色差信号u和v变换为一个调制的色度信号。该色度信号加到加法器电路6的另一个输入端，与此相应，依照PAL制编码的彩色电视信号是可用的。

图2a是图1的三维分滤波器3的详图。分滤波器3是由一个水平低通滤波器31和一个联合的垂直-瞬时滤波器32相串联的装置构成的。色差信号U在水平低通滤波器31中在水平方向上被限制到1.3MHz。在垂直-瞬时滤波器32中，水平限带色差信号在fy，ft平面中。

用一个平面（实际二维）滤波或用级联的在fy，ft平面中进行对角线操作的两个单维滤器，都能够获得该频带限制。

在一个实施例中，所述的频带限制也能够用仅联一个在垂直方向上工作的滤波器和一个垂直-瞬时对角线工作的滤波器来获得。图2d举例说明了这样滤波器工作方式。画阴影线的区域又相应于通带区域。

图2b是图1的三维分滤波器的详图。分滤波器4是由一个水平低通滤波器41和一个联合的垂直-瞬时滤波器42相串联的装置构成的。在水平的低通滤波器41中，色差信号v限制其水平方向的频带至1.3MH。水平限带色差信号是在垂直-瞬时滤波器42中在fy，ft平面上限制频带。这种频带限制可以用滤波器来获得。滤波器的基本工作方式相应于图2c和图2d所示的滤波器的工作方式。

本发明的一个特征是，用于水平限带色差信号U的垂直-瞬时滤波器32的通带选择得小于用于水平限带色差信号V的垂直-瞬时器42的通带。这样选择的理由是，人的眼睛对关于色差信号U方面的移动斑点敏感性比对于关于色差信号V方面的移动斑点敏感性显著地差。换句话说，这就意味着，传送色差信号V比传送色差信号U在暂态方向方面具有较高的清晰度（或分别地有较高的带亮）。因此，使用三维滤操作为色差信号U而建立的三维频率间隔少于为色差信号V而建立的频率间隔。在图象的表示中，这就意味着，在各自的图2c和图2d中，相应于色度信息的U-分量的画阴影线的面积小于相应于色度信息V-分量画阴影线的面积。

用所述的滤波器31，32，41，和42，固定地分配色差信号的频率间隔，必须释放在亮度信号的频率间隔，必须释放在亮度信号中。这也可用滤波器2通过三维滤波操作来实现，该滤波器的构造更为详细地示于图3。

在矩阵1（见图1）中产生的亮度信号Y加到图3所示的滤波器的输入端。该亮度信号首先在水平方向上限带至6MHz。6MHz限带信号被分割为频带0-3.6MHz（低通滤波器22）的一部分和频带为3.6-6.0MHz（高通滤波器12）的一部分。

后者，亮度信号较高频率那一部分须经垂直-瞬时滤波操作，以如下详细的方式进行操作：具有较高频率的亮度信号那一部分首先加到第一电路装置13，14，15，16上，在该装置中，该信号须经垂直-瞬时操作。该操作是与第一色差信号U的垂直-瞬时滤波操作相反的。因此，利用滤波器3（见图1）通过三维滤波操作，把任何亮度分量在三维频率间隔中从分配给第一色差信息U的位置中移开。为此目的，较高频率亮度信号部分也在调制器电路13中被调制，以同样的方法，色差信号U在PAL调制器5中也被调制。对于这种较高频率亮度信号部分的U-调制来说，使用了修正载波频率，具有以下的特性：

-在fy，ft平面中，它引起如像通常PAL-编码器中使彩色付载波一样的漂移;

-在fx方向，它所具有的频率超过亮度分量的最高水平频率，这样，对于水平频率不会出现混淆。在图象的表示中，由于使用载频进行调制，移动了最高频率亮度信号部分，使在亮度信号中产生了围绕原点而集中的光谱间隙。然后，实现滤波操作，该操作与色差信号U的三维滤波操作是相反的，在操作中，调制器13的输出信号在垂直-瞬时滤波器14中须经过同样的垂直-瞬时滤波操作，如象色差信号U在垂直-瞬时滤波器32中须经的操作一样，而且该信号接着在加法器级15中与调制器13输出的信号相减。加法器级15的输出信号在解调器16中进行处理操作，该操作是与调制器13的处理操作相反的，因此，它又移动到较高频率亮度信号范围。

现在，解调器16的输出信号在三维频率间隔中精确地限带（band-limited）至那些未被色差信号U占据的那些间隔。

解调器16的输出信号必须经过进一步垂直-瞬时滤波操作，来精确地释放那些在滤波器4中经其三维滤波操作而分配给第二色差信号V的间隔。

为些目的，解调器16的输出信号加到第二电路装置17，18，19和20上，在这些装置中，须经垂直-瞬时滤波操作，该操作是与第二色差信号V的垂直-瞬时滤波操作相反的。在解调器电路17中，解调器16的输出信号以与色差信号V在PAL调制器5中被调制相同方式被调制。在该调制中使用的变化载频具有与前述变化载频相同的特性。图形表示，解调器16的输出信号随着调制变化的载频而漂移，在亮度信号中产生的“光谱间隙”在原点的附近被折叠。然后，实现滤波操作，该操作与色差信号V的三维滤波操作是相反的，在操作中，调制器17的输出信号在垂直-瞬时滤波器18中须经同样的垂直-瞬时滤波操作，如像色差信号V在垂直-瞬时滤波器42中须经的操作一样，而且该信号接着在加法器级19中与调制器17的输出信号相减。加法器级19的输出信号在解调器20中进行处理操作，该操作是与调制器17的处理操作相反的，因此，它又移动到较高频率亮度信号范围。现在，解调器20的输出信号在三维频率间隔中精确地限带至那些未被色差信号U和V占据的那些间隔。

关于描述的实施例，以另外一种方法，也同样能够达到该目的。当把第一（13，14，15，16）和第二（17，18，19，20）电路装置的串联装置互换时，即在亮度信号中先对于V-分量建立第一自由空间，而后建立色度信息U-分量的自由空间。

解调器20的输出信号在一个加法器级21中与延迟的低频亮度信号部分延迟器23相加。在加法器级21的输出端可得到三维滤波的亮度信号。该亮度信号加到加法器级6（见图1）上，并把该信号加到色度信号上，构成一个标准的PAL信号，然后经传输通道把信号发送出去。

现在参照图4-6，将更详细地描述在接收机端对发送的PAL信号的处理。

图4表示根据本发明用于解码PAL-彩色电视信号装置的基本电路图。在传输通道上发送的PAL彩色电视信号出现在输入端。该信号加到一个三维滤波器电路50上，该电路的工作方式将参考图6详细地描述，并且也加到普通的PAL解调器51上。

PAL解调器51的第一个输出信号加到一个三维滤波器电路52上，该电路的工作方式将根据图5a详细描述。

PAL解调器51的第二个输出信号加到一个三维滤波器电路53上，该电路的工作方式将根据图5b更详地描述。

图5a是图4的三维分滤波器52更详细的图。分滤波器52是由一个联合的垂直-瞬时滤波器521和一个水平低通滤波器522相串联的装置构成的。联合的垂直-瞬时滤波器521与发送器端的联合的垂直-瞬时滤波器32有相同的结构和通带。在水平低通滤波器522中，垂直-瞬时滤波器521的输出信号被限带为0.7MHz。

图5b是图4的三维分滤波器53更详细的图。分滤波器53是由一个联合的垂直-瞬时滤波器531和一个水平低通滤波器532相串联的装置构成的。联合的垂直-瞬时滤波器531与发送器端的联合的垂直-瞬时滤波器52有相同的结构和通带。在水平低通滤波器532中，垂直-瞬时滤波器531的输出信号被限制频带为0.7MHz。

如前所述，彩色色差信号在水平方向频带限制可达0.7MHz（或700KHz），因为，分别在水平低通滤波器522或523输出端得到的色差信号达到的在水平方向的清晰度对于人眼来说是足够了。该频带限制至0.7MHz也确定了在发送机和接收机仅为亮度信号频率置于3.6MHz以上时，在亮度信号中建立的光谱间隔。

图6是图4的三维滤波器电路50的详细图。经过传送通道的并由于该通道的带宽限制使其信号频带在水平方向上限制在5MHz的PAL彩色电视信号加到该滤波器电路的输入端。该信号被分割为频带为0-3.4MHz（低通滤波器70）的一部分和频带为3.4-5MHz（高通滤波器60）的一部分。

通过使用第一电路装置61，62，63，64，和第二电路装置65，66，67，68，对所述的后者，即高频部分进行垂直-瞬时滤波操作。第一和第二转换装置分别与在发送机端使用的第一和第二电路装置13，14，15，16和17，18，19，20具有相同的结构。在接收端使用的垂直-瞬时滤波器的尺寸与在发送端使用的垂直-瞬时滤波器相比较，可能作有修正。因此，由发送机滤波操作产生的运动的（图象）清晰度的损失又能被补偿。解调器68的垂直-瞬时滤波输出信号在加法器级69上与延迟的（延迟器71）低频亮度信号部分相加。在加法器级69的输出端可得到三维滤波的亮度信号。

在前面描述的在发送机和/或接收机端利用滤波器的传输方法在下文描述。

在第一种方法中，在发送机端使用了一种根据本发明的第一方面结构的编码器。如果在接收机侧，所使用的彩色电视接收机包含一个普通的解码器，与使用普通的编码器和解码器的传输方法相比较，能够获得总体上的色串扰和亮串扰的降低。

在第二种方法中，在发送机端使用一个普通的编码器，并且，在接收机端使用了具有根据本发明的第二个方面结构的解码器的彩色电视接收机。同样，在这样类型的传输方法中，与使用普通的编码器和解码器的传输方法相比较，能够获得总体上的色串扰和亮串扰的降低。

在第三种方法中，在发送端使用了根据本发明的第一个方面构造的编码器，并且，在接收机端使用了根据本发明的第二个方面的构造的解码器。使用这样方法，在接收机中，既不会出现色串扰，也不会出现亮串扰。此外，亮度信号的水平清晰度为5MHz，而不像普通的系统，例如，限制为3.9MHz。

图7示出了实现一种联合的垂直-瞬时滤波器的例子。它主要包括4个存贮单元，在其中的每一个存贮单元中，输入信号延迟312行，5个乘法器，在乘法器中，用一个系数C₂乘未延迟延迟的输入信号，用一个系数C₁乘由312行延迟的信号，用一个系数Co乘由624行延迟的信号，用一个系数C₁乘由936行延迟的信号，及用一个系数C₂乘由1248行延迟的信号，和一个加法器，把5个乘法器的输出信号加在一起。

Claims

1、一种用于编码彩色电视信号的装置，包括：

用于提供一个亮度信号和第一及第二色差信号的装置；

一个三维滤波器电路，耦合接收上述亮度信号，用于提供一个滤波的亮度信号；

第一和第二三维分滤波器(3、4)，分别耦合接收上述第一和第二色差信号，用于提供滤波的色差信号，上述第一和第二分滤波器(3、4)，每一个是由一低通滤波器(31、41)和一个联合的垂直-瞬时滤波器(32、42)相串联的装置构成的；

一个正交调制器(5)，用于变换上述滤波的色差信号为一个调制的色度信号；和

一个加法器电路(6)，用于把上述的滤波的亮度信号和调制的色度信号加在一起；

其特征在于：耦合接收上述第一色差信号的垂直-瞬时滤波器(32)的通带小于耦合接收上述第二色差信号的垂直-瞬时滤波器(42)的通带。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于耦合接收上述亮度信号的三维滤波电路（2）包括一个低通滤波器（11）和一个联合的垂直-瞬时滤波器（13-20）。

3、根据权利要求2的装置，其特征在于：仅将高频亮度信号部分加到联合的垂直-瞬时滤波器（13-20）。

4、根据权利要求3的装置，其特征在于垂直-瞬时滤波器（13-20）包括：

第一电路装置（13 14，15，16），在该装置中，上述高频亮度信号部分须经一个垂直-瞬时滤波操作，该操作与上述一个色差信号的垂直-瞬时滤波操作相反，和

第二电路装置（17，18，19，20），在该装置中，第一转换装置（13，14，15，16）的输出信号须经垂直-瞬时滤波操作，该操作与上述的另一个色差信号垂直-瞬时滤波操作相反。

5、用于解码包括一个亮度信号和一个调制的色度信号的彩色电视信号装置包括：

一个正交解调器，用于变换上述调制色度信号为第一和第二色差信号;

一个三维滤波器电路，耦合接收上述亮度信号，和

一个三维滤波电路，耦合接收上述第一和第二色差信号，

其特征在于：

上述三维色差信号滤波器电路包括第一和第二三维分滤波器（52，53），该分滤波器分别接收上述第一和第二色差信号，所述第一和第二分滤波器相互有不同的通带。

6、根据权利要求5的装置，其特征在于：上述第一和第二分滤波器（52，53）每一个是由一个联合的垂直-瞬时滤波器（521，531）和一个低通滤波器（522，532）相串联的装置构成的。

7、根据权利要求6的装置，其特征在于：耦合接收上述第一色差信号的垂直-瞬时滤波器（521）的通带小于耦合接收上述第二色差信号的垂直-瞬时滤波器（531）的通带。

8、根据权利要求5-7的任何一个权利要求的装置，其特征在于：仅将高频亮度信号部分加至一个联合的亮度垂直-瞬时滤波器（61-68）。

9、根据权利要求8的装置，其特征在于：上述亮度垂直-瞬时滤波器（61-68）包括：

第一电路装置（61，62，63，64），在该装置中，上述高频亮度信号部分须经一个垂直-瞬时滤波操作，该操作是与上述色差信号的一个信号的垂直-瞬时滤波操作相反的，和，

第二电路装置（65，66，67，68），在该装置中，第一电路装置（61，62，63，64）的输出信号须经垂直-瞬时滤波操作，该操作是与上述色差信号的另一个信号的垂直-瞬时滤波操作相反的。

10、一种发送彩色电视信号的方法，在该方法中，在发送机一端提供一种如权利要求1-4中任何一个限定的编码彩色电视信号的装置，其特征在于，在接收机侧用一个一般的解码器解码该信号。

11、一种发送彩色电视信号的方法，其特征在于，在发送机一端提供一种用于在权利要求1-4中任何一个限定的编码彩色电视信号的装置，并且在接收机的一端提供一种用于在权利要求5-9中任何一个限定的解码彩色电视信号的装置。

12、一种发送彩色电视信号的方法，在该方法中，在接收机一端提供一种如权利要求5-9中任一权利要求限定的解码彩色电视信号的装置，其特征在于，在发送机一端用一个一般编码器装置编码信号。