CN1018044B - 扩展清晰度电视的记录设备 - Google Patents

Abstract

例如，为了记录之用，采用频率多种复用技术，把包括兼容的复合宽带信号并包括分开的“辅助者”信号或扩展清晰度信号的扩展清晰度电视(EDTV)信号组合起来。把“辅助者”信号加到产生抑制载波已调信号的调制器上，以便把“辅助者”信号频率移动到兼容的复合宽带信号所占据频带以上的频带内。然后，把已频率移动的信号与宽带信号相加，以形成已组合的信号。

Description

本发明涉及扩展清晰度电视（EDTV）系统。

EDTV系统是那些被设计用来发射和接收电视信号、并且把质量比例如传统NTSC系统高的重现图像提供给用户的系统。此外，非常理想的是，EDTV系统采用了传统的广播通道并与现有的电视接收机兼容，即现有接收机能够基本上以传统NTSC那样好的图像质量重现EDTV信号。

在《电气与电子工程师学会会刊，用户电子学》（IEEE    Transacfions    on    Consumer    Electronics），1988年2月，第34卷第1期中，描述了两个这样的系统。在第111～120页上，伊斯纳迪（Isnardi）等人所写题为“高级兼容电视（ACTV）系统中的解码问题”（Decoding    Issues    In    The    ACTV    System”）的论文中，描述了第一个系统。在第121～127页上，安本（Yasumoto）等人所写题为“具有全NTSC兼容性的大宽高比电视系统”（“A    Wide    Aspect    Ration    Television    System    With    Full    NTSC    Compatibility”）的论文中，描述了第二个系统。这两个系统均以宽屏幕格式产生图像，并分别处理图像的中心和两侧部分。这两个系统均产生频带相对宽的信号，该信号包括与NTSC兼容的中心图像部分的信息，还有，这两个系统均产生频带相对窄的信号，该信号包含用来产生增强图像的辅助信息。在伊斯纳迪等人系统中所产生的窄带信号〔垂直-时间（V-T）“辅助者”信号〕包括每帧图像的场差分信号。在EDTV接收机中，这个场差分信号用来辅助产生低移动失真的逐行扫描信号。在安 本等人系统中所产生的窄带信号（多路复用信号）包含每帧图像中两侧部分的复合视频信息。

伊斯纳迪等人和安本等人的系统均把宽带信号作为传统的NTSC信号发射出去。通过对宽带信号的图像载波进行正交调制，把窄带信号发射出去，所以全部图像信息在单一通道内传输。

在当代广播演播室中，例如在摄像机内产生视频信号，并把视频信号编码成为NTSC格式。各义上，通过单一的宽带导线把这种视频信号耦合到各种演播室的处理、切换、特技等设备上，然后，耦合到发射机上。为了保持信号的完整性，很多演播室装有15MHz或更宽的信号处理能力。但是，复合信号的带宽实际上受限于只有约6MHz信号处理带宽的磁带录像机（VTR）的带宽容量。

演播室装置上没有处理EDTV系统中产生较低带宽信号的措施。这些较低带宽的信号必须与宽带兼容NTSC信号一道在演播室中并行传送，最后，传送给发射机。发射机把这两种信号组合起来用于广播。一般，对于处理具有分开的、宽带和窄带分量类型的EDTV信号的演播室，看来好像为了这两种信号需要双份装置。这不仅使广播电台花费两倍的装置费用，而且还引起了保持这两种信号之间正确的相互关系的重大的同步和定时问题。

本发明避免了EDTV设备中把装置加倍及其定时和同步的问题。

例如，在伊斯纳迪等人的系统中，把频率较高的视频信息有效地折叠到复合视频信号4.2MHz的频谱带宽中。演播室装置的、像这样的宽带通道（15MHz）是利用不足的。还有，大多数演播室装置对于待处理的信号结构来说，都是透明的。

认识到演播室装置的这些特性，本发明人认为对于把较 低带宽信号与较高带宽的复合信号频率复用起来以便通过演播室进行传输来说，演播室装置的一限定带宽（VTR的6MHz带宽）是足够的。

本发明由包括编码器的视频信号系统组成，该编码器用来产生宽带视频信号，该宽带视频信号包括足够信息，根据传统电视标准之一来重现图像、并产生另一个含有信息的信号，当这另一个信号与宽带视频信号适当组合起来时，产生质量增强了的图像。编码器中的设备对于窄带和宽带信号进行频率多路复用，以便在各种处理装置（例如记录装置）中间进行本地传输。

图1为描述本发明的EDTV信号频谱的示意图;

图2为实施本发明EDTV系统的框图;

图3为若干场视频信号中一些部分的图示;

图4为特定EDTV系统中产生窄带信号分量的那一部分框图。

本发明的下列描述将通过伊斯纳迪等人的EDTV系统来表达，当然本发明不限于伊斯纳迪等人的信号格式。

参看图1，频谱图A说明利用伊斯纳迪等人EDTV系统（下面称为IEDTV）产生的宽带NTSC兼容信号的频谱分量。这个信号包括0～4.2MHz频率分量的亮度分量S₁、大约2～4.2MHz频率分量的频率间置色度分量S₂和大约2～4.2MHz频率分量的频率间置扩展清晰度分量S₃。亮度和色度分量包括涉及图像中心部分的信息，还包括涉及两个边条的已压缩的信息。亮度和色度信号按传统方式组合起来。信号分量S₃包括两个子分量。第一子分量包括例如4.2MHz以上的高频亮度信息。这个信息被视频移动到0-1.2MHz的频带内。第二子分量包括边条高频信息，这个信息被编码成为NTSC格式并把它频率移动到0～1.1MHz 这两个子分量被幅度压缩，并对频率为3.1MHz的另一个副载波进行正交调制。这个副载波具有间置频率，其相位对于交替场是倒相的。正交调制的另一个副载波被线性加到分量S₁和S₂上，以形成NTSC兼容的宽带复合视频信号。

频谱图B说明IEDTV系统的V-T“辅助者”信号或扩展清晰度信号的频率分量。这个信号的带宽被限制到750MHz。下面将参看图4讨论这个信号的产生。

为了在单一通道上如上所述地传输宽带信号和扩展清晰度信号，通过以扩展清晰度信号调制另一个载波并且加到宽带信号上以形成图1中频谱图C所示的频率多路复用信号，使该扩展清晰度信号进行频率移动。

参看图2，说明了局部电视信号的管理系统。这个系统可以包括例如整个广播演播室或者只是一个录像机。在前一种情况下，部件20可以包括例如用来选择各种视频信号源的视频开关，视频记录器，用来从一画面逐渐转换到另一画面或冻结图像、形成图像剪辑、改变图像动作速度等等的特技装置。在后一种的情况下，部件20可以包括单一的视频记录器，例如“C”型录像机。

图像源10以基色RGB（红缘蓝）分量的形式来提供高质量视频信号。图像源10可以是在每帧时间间隔内产生1050行视频信号的逐行扫描视频摄像机。把RGB分量信号耦合到编码器12上，产生宽带NTSC兼容信号S_WB和扩展清晰度信号S_NB。

把扩展清晰度信号S_NB耦合到平衡调制器16上，16把这个信号频率移动到宽带信号S_WB所占据频谱带以上的频谱带内。把已扩展的清晰度信号和宽带信号分别耦合到相加电路18上，产生频率 多路复用信号S_M。对于IEDTV系统信号S_M的频谱内容与图1中频谱图C一致。

调制器16的类型最好能产生抑制载波信号，使得在没有扩展清晰度信号时，没有分量加到宽带信号上。还有，最好把载波的频率锁定于宽带信号半行频的偶数倍上，以使在已组合的宽带信号与扩展清晰度信号之间产生拍频的可能性较小。图2设备中，通过从EDTV编码器12选取行频信号F_H并把它加到锁相环14上来产生载波。锁相环14产生Nf_H/₂的载波信号，把这个信号耦合到调制器16的载波信号输入端上。

对于部件20带宽的限制，一般由它包括的视频记录器的带宽来确定。复合信号视频记录器的带宽约为6.1MHz。IEDTV“辅助者”信号的带宽为0.75MHz。因此，假定采用双边带调制，则IEDTV系统中已调“辅助者”信号或扩展清晰度信号的载波频率为6.1MHz减掉0.75MHz，即近似为5.35MHz。这个频率变换为近似682f_H/₂。采用682f_H/₂时，基本上不存在已调扩展清晰度信号与宽带信号之间的混频，如图1中频谱图C所示。应该注意，如果采用单边带已调信号而不采用所说明的单边带已调信号，可以实现较高的信号分离度。在这种情况下，把加到调制器16上的载波频率将提高到6MHz（764f_H/₂）。为了产生单边带信号，把调制器的输出信号通过通频带中心位于调制器16所产生信号下边带中心左右的单边带滤波器17（以假想示出）耦合出去。

根据具体采用的EDTV编码器，可以不对宽带复合信号S_WB进行宽带限制。例如，色度分量可能包括具有频率分量延伸到5.1MHz （3.58+1.5MHz）的、宽带的I色差信号分量。在这种情况下，必须对宽带信号进行宽带限制，以便在频谱中为已调扩展清晰度电视信号提供位置。可以通过在编码器12的宽带输出端与相加电路18之间插入例如具有截止频率为4.2MHz的低通滤波器15，来提供这种功能。

把已组合的信号S_M耦合到部件20的复合信号输入端上，可以认为20是具有6.1MHz信号带宽的视频记录器。部件20产生具有与信号S_M同一格式的、已处理（例如，已时间移动）的、组合信号S^′ _M。如果要以标准广播通道把信号S^′ _M，传输出去，则必须首先对信号S^′ _M进行分离和重新格式化，因为信号S^′ _M的带宽超过标准视频信号的带宽。

来自部件20的信号S^′ _M被耦合到滤波器/解调器22上，22把宽带信号S^′ _WB与已调窄带信号S^′ _NB分离开来，并把该窄带信号频率下移（例如，通过同步解调）到基带。分离的信号S^′ _WB和S^′ _NB被耦合到调制器电路24上，24以这两个信号对于图像载波进行正交调制。然后，把已调图像载波加到广播天线26或IEDTV接收机27的射频输入端上。

IEDTV系统中V-T“辅助者”信号的产生，将参看图3和图4加以描述。图3中的点代表来自四场逐行扫描图像中部分视频信号的若干行。每一列点代表一场/帧视频信号中的某一部分。在产生宽带亮度信号分量和色度分量时，通过把信号的交替行选择出来并把信号的插入行去掉，将逐行扫描信号变换成隔行扫描信号。选定的信号行以方框包围起来示出。对于选定的行进行时间扩展，从逐行扫描行时间间隔31.78微秒扩展到隔行扫描行时间间隔63.56微秒。

V-T“辅助者”信号包括存在于被去掉各行中的信息，“辅助者信号以下述方法来产生。对于被去掉的每一行X，通过对来的时间上相邻的两行信号进行平均（例如， (（A+B）)/2 ）、并从代表行X的信号中减掉该平均值来产生“辅助者”信号即对于行X，V-T“辅助者”信号等于（X- (（A+B）)/2 ）。因为通常在时间上相邻的两行之间存在着很大的重复性，所以，V-T“辅助者”信号将包括相当小的能量并具有相当低的频率分量。在IEDTV接收机中，隔行信号被变换成显示用的逐行扫描信号。在V-T“辅助者”信号的辅助下，重新构成了开始时被去掉的那些行。为了重新构成行X，接收机从宽带信号形成行A和行B的平均值 (（A+B）)/2 ，并把该平均值加到V-T“辅助者”信号（X- (（A+B）)/2 ）上。其和对应于表示行X的信号。

图4中，来自图像源10的逐行扫描高质量RGB信号被加到矩阵电路50上，50产生逐行扫描的亮度信号Y，和两个色差信号I、Q。把亮度信号耦合到级联连接的延时单元56和58上。56和58每一个均把亮度信号延时525个逐行扫描的行时间间隔。在交替行的时间间隔内，延时单元56所提供的亮度信号对应于用来产生宽带信号的、被选定的那些行。在被选定行的时间间隔内，在写入地址控制信号Ws的控制下，以逐行扫描信号的取样速率把信号写入存储器70中。此后以一半的速率把加到存储器70上的信号读出，以便把每一选定行的信号扩展到63.56微秒。利用读出地址信号Rs来控制宽带亮度信号的存储器读出。

在插入行的时间间隔内，利于延时单元56来提供对应于被去掉行的信号。与延时单元56提供被去掉行（X）的同时，在延时单元58的输出端口和延时单元56的输入端口上分别可以得到时间上相 邻的两行（A、B）。把时间上相邻的两行信号（A、B）耦合到加法器64上，64产生此二信号之和并把该和值加到除2电路62上。除2电路62的输出信号对应于时间相邻两行信号的平均值并且耦合到减法器60上。延时单元56提供的信号被耦合到减法器60上的第二输入端口上，60产生已时间压缩的V-T“辅助者”信号。在在插入行的时间间隔内，以逐行扫描取样速率，响应于写入地址信号W_H，把已压缩的V-T“辅助者”（扩展清晰度）信号写入存储器72中。此后，以一半的速率，响应于读出地址信号R_H，读出存储器72中的取样，以便把扩展清晰度信号的各行扩展到拥有隔行扫描的行时间间隔。

把来自矩阵50的I、Q分量的取样耦合到延时单元52和54上，以便把I、Q与来自延时单元56的亮度取样在时间上对准。响应于写入地址信号WS，把I、Q取样中被选定的行分别写入存储器66和68中;响应于读出地址信号Rs，用已时间扩展的格式把I、Q信号读出。

把来自存储器70、66和68的信号中选定的亮度Y行，以及I、Q行加到编码器电路76上，76产生图2中频谱图A所画的宽带信号。

以传统方式，利用存储器控制电路74来产生写入地址信号Ws、W_H和读出地址信号Rs、R_H。

在另一个实施例中，可以利用一行周期的延时单元来实现延时单元52、54、56和58。在此情况下，扩展清晰度信号将包括垂直信息而不足垂直时间信息。对应于行X的扩展清晰度信号将根据算法（X- (C+D)/2 ）来产生。对于这种扩展清晰度信号，将用兼容接收机 把垂直相邻两行的平均值 (C+D)/2 与扩展清晰度信号组合起来，以产生代表被去掉行X的信号。

上述设备准备作为一个典型。掌握了上述信息以后，熟悉视频信号处理系统技术的人在不偏离本发明精神的情况下，能够由此构成各种变型。例如，可以把图2所示的电路结合到摄录机中。

Claims (5)

1、一种视频信号处理系统，这种系统包括：

格式化为图像信息水平行的场/帧视频信号源；

耦合到所说的信号源上并且响应于所说的视频信号用来产生宽带亮度信号和另一个亮度信号的编码器装置，所说的宽带亮度信号是与传统广播标准兼容的基带信号，所说的另一个亮度信号代表在空间和时间方向之一上视频信号相邻两行之间的信号差，并占据和宽带亮度信号的频谱相邻的频谱；以及

包括记录装置的、用来记录所说的宽带亮度信号和另一个亮度信号的装置。

2、根据权利要求1所述的一种视频信号处理系统，其特征在于包括记录装置的所述装置包括：

用来把所说的宽带亮度信号与另一个亮度信号可独立地组合成为组合信号的组合装置;以及

用来记录所说的组合信号的视频信号记录器。

3、根据权利要求2所述的一种视频信号处理系统，其特征在于所说的组合装置包括：

响应于所说的另一个亮度信号，用来把另一个亮度信号频移到基本上不包括所说的宽带亮度信号所占据频带的频谱带内的装置;以及

用来把所说的宽带亮度信号与已频率移动的另一个亮度信号线性组合起来的信号相加装置。

4、根据权利要求3所述的一种视频信号处理系统，其特征在于用来对于所述的另一个亮度信号进行频移的所述装置包括：

用来产生载波信号的装置;

响应于所说的载波信号和所述另一个信号，用来产生已调制的双边带抑制载波信号的平衡调制器;以及

耦合到所说的平衡调制器上，用来使已调制的双边带抑制载波信号的单边带通过的滤波器装置。

5、根据权利要求3所述的一种视频信号处理系统，其特征在于包括记录装置的所述装置还包括用来把宽带亮度信号耦合到所述的信号相加装置上的低通滤波器装置。

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