CN1025100C - 宽屏幕电视系统信号处理装置 - Google Patents

Abstract

对电视型宽屏幕信号编码/译码的系统中的装置，利用它通过具有相对于标准色度副载波相位的场反相相位的辅助副载波(ASC)以双边带形式传送(45，46，55)边侧画面色度信息(I，Q)。除去低频信息的边侧画面高频亮度信息(YH)以单边带形式也通过辅助副载波(ASC)传送(44，50)。辅助载波说明性地处于标准色度副载波的3.58MHz频率。

Description

本发明涉及处理（编码/译码）宽屏幕电视型信号的装置，所述信号具有主和边侧画面信息以及例如16×9的大于标准电视图象的宽高比。

常规的电视系统，例如符合美国和其它地方所采用的NTSC广播标准的系统，具有4∶3宽高比（显示图象的宽度与高度之比）。最近，采用诸如5∶3、16∶9和2∶1的较高宽高比的电视系统由于比标准电视接收机显示的4∶3宽高比更接近或等于人眼的宽高比而一直受到关注。

例如，在Strolle等人的4，816，899号美国专利和Isnardi的4，855，811号美国专利中描述了用于产生5∶3宽高比图象的先进电视系统。在这些系统中，通过将低频边侧画面亮度和色度信号时间压缩到水平过扫描区、以及通过将时间扩展的高频边侧画面的亮度和色度信息调制于辅助副载波上来对边侧画面图象信号进行编码。这些系统的边侧画面色度信息包含近似为600KHz的相当窄的带宽。

宽屏幕电视系统最好与标准电视接收机兼容以促进宽屏幕系统的普及。在M.A.Isnardi等人发表在IEEE    Trans.on    Broadcasting，Vol.BC-30，1987年12月上的文章“ACTV系统的兼容性和可恢复性编码”以及前面所述Isnardi的4，855，811号美国专利中描述了一种已知的兼容的宽屏幕电视系统。该已知系统包括用于对表示5∶3宽高比图象的宽屏幕电视信号进行处理以产生兼容的宽屏幕电视信号的装置，当该兼容的宽屏幕电视信号为普通电视接收机所接收时可产生标准的4∶3宽高比的显示，而在被宽屏幕电视接收机所接收时产生宽屏幕5∶3宽高比的显示。在该已知系统中，将低频边侧画面信息时间压缩6∶1，（便频率成比例增加）并置于中央画面信息分量的水平过扫描区。在调制具有交变相位的场的3.1MHz辅助副载波、形成发射前与主画面信号组合的双边带辅助信号之前，将高频边侧画面信息时间扩展1∶4.4（使频率成比例减小）。为协助译码器在宽屏幕接收机中恢复中央和边侧画面分量，在发射机调制和合成之前，分别将边侧画面和中央画面亮度分量帧内平均在700KHz和1.5MHz以上。

如果所述已知的兼容宽屏幕系统要处理16∶9宽高比的信号，则由普通NTSC接收机显示的图象呈现显著的几何变形，即图象变窄约14%。大约5%或小于5%的几何图象失真一般不为观看者特别注意。由于16×9显示的边侧画面区域比5×3显示的要宽，在已知宽屏幕系统中试图满足该 5%失真限定，使得不得不减小边侧画面高频扩展因子。这使时间扩展的边侧画面信息的带宽产生不合乎要求的增大。该现象可由按照本发明的装置加以证实。

在本发明的宽屏幕信号处理系统中，以双边带形式的辅助副载波传送边侧画面色度信息，而以单边带形式的辅助副载波传送高频边侧画面亮度信息。在本发明最佳实施例中，常规色度副载波频率的、其场相位相对于色度副载波相位反相的辅助副载波不但由边侧画面色度信号调制产生双边带调制信号，而且由除去DC信息的时间扩展的高频边侧画面亮度信息调制产生单边带调制信号。

按照本发明的实施例，在此处认识到将具有远远大于例如600KHz的带宽的边侧画面色度信息、例如“I”色差信息进行传送是合乎需要的，以便增强边侧画面彩色分辨率。在本发明公开的实施例中，将第一和第二90°相移的辅助副载波分别与第一和第二信号进行调制。第一信号包含边侧画面高频亮度信息和边侧画面窄带“Q”色差信息。第二信号包含边侧画面宽带“I”色差信息。在接收机/译码器中，将辅助副载波通过Nyquist滤波器加到解调边侧画面亮度和边侧画面“Q”色差信息的解调器，并加到解调边侧画面宽带“I”色差信息的解调器。加到上述两个解调器上的“I”调制信息呈现反相Nyquist特性，即，由Nyquist滤波器提供的Nyquist特性的补。该反相Nyquist特性在发射机/编码器中由对宽带“I”调制的辅助副载波进行滤波的反相Nyquist滤波器产生。

附图中：

图1示出按照本发明原理产生的宽屏幕电视信号的基带频谱。

图2和图3示出按照本发明的边侧画面信息的可选频谱。

图4示出本发明装置的相关的16×9宽屏幕显示的细节。

图5和图6示出按照本发明的宽屏幕信号分量的基带频谱。

图7和图8分别示出本发明的兼容的宽屏幕电视信号编码器和译码器装置。

图9和图10分别示出包括本发明装置的宽屏幕电视信号编码器和译码器系统。

图11示出本发明装置有关的16∶9宽高比宽屏幕图象显示的细节。

图12示出按照本发明产生的宽屏幕电视信号基带幅度与频谱的关系曲线。

图13到图15示出所公开装置相关信号分量的附加基带幅度与频谱的关系曲线。这些频谱的幅度未按比例画。

如图4所示，16×9宽高比宽屏幕显示的图象显示宽度包含754个图象象素，其中的542个构成中央（主）画面显示区，其中的116个构成所示出的各个左和右边侧画面区域。中央画面区和左右边侧画面区间的各个接合处包括含有5-10左右的象素的覆盖区，这些覆盖区可用已知的各种方法加以处理使边侧-中央接缝对观看者来讲实际上是看不见的。

在将要说明的系统中，电视信号具有0-5.4MHz的基带带宽，该带宽略大于标准NTSC视频信号0-4.2MHz基带带宽。增加的带宽保证在进行了将要说明的对视频信号的时间扩展和压缩之后，产生的主信号分量呈现4∶3的宽高比和0-4.2MHz的视频带宽，与标准NTSC电视系统的信号处理要求兼容。

在说明系统总的操作之前，对按照本发明原理的边侧画面信息的编码方法进行讨论。

参考图1的频谱，除去包括DC的低频信息的边侧画面亮度的高频信息作为3.58MHz基带频率FASC的辅助副载波信号（ASC）的单边带分量进行时间扩展和发送，所述基带频率FASC也是标准色度副载波（实际3.579545MHz）的频率FSC。色度副载波移相90°与中央画面（主画面）I和Q分量进行调制。在时间扩展之前，亮度边侧高频分量信号具有频率范围为1.0MHz到5.4MHz的能量。经因子为3.0的时间扩展之后，边侧高频分量信号映象到0.33MHz到1.8MHz的低频范围，如图5所示。将包含DC的边侧画面低频亮度信息时间压缩到水平过扫描区，如Strolle等人的4，816，899号美国专利中所述。

3.58MHz辅助副载波的相位逐场反相于标准色度副载波的相位。经调制的时间扩展亮度边侧高频分量的低边带范围为1.78MHz至3.25MHz。由3.58MHz低通滤波器滤去的经调制的时间扩展亮度边侧高频分量的高边带范围是从3.91MHz至5.38MHz（未示出）。

边侧画面包含带宽642KHz（包括DC）的窄带“I”和“Q”色度信息，所述带宽为标准NTSC窄带色度分量500KHz带宽的1.284倍。因数1.284是由原始宽屏幕信号产生NTSC兼容主分量所需的中央画面时间扩展因数。经因数为3.0的时间扩展之后，边侧画面色度I和Q带宽从642KHz降到210KHz，如图5和图6所示。该带宽足够小以占据调制亮度边侧高频分量信息的低边带上限（3.25MHz）与视频频谱的频率上限（4.2MHz）之间的频隙，如图1所示。

经时间扩展的边侧画面I和Q色度分量正交调制相同的辅助副载波，该辅助副载波调制于经时间扩展的边侧画面亮度高频信息。在该实例中，边侧画面I分量和边侧画面亮度高频分量由同相位的辅助副载波所调制。另一方案是，边侧画面Q分量和边侧画面亮度高频分量可由同相位的辅助副载波加以调制。

图1所示频谱的边侧画面分量的有益之处在于由于边带调制频谱（3.79MHz）和视频带的4.2MHz上限之间的0.41MHz的保护频带而在视频带的频率上限（4.2MHz）附近呈现的能量可忽略不计。这样，边侧画面信息对诸如群延迟的中频（IF）信号处理的不需要的副作用很不敏感。并按以下表达式确定保护频带。

F-（FASC+SPBW/EXP）

其中，F为视频基带上限频率（4.2MHz），FASC是辅助副载波频率（3.58MHz），SPBW是时间扩展前的边侧画面带宽（0.642MHz），而EXP是边侧画面时间扩展因数（3.0）。

选择3.58MHz色度副载波频率作为辅助副载波频率具有别的好处。由于在发射机编码器和接收机译码器中得到这种频率很容易，所以可降低硬件成本和复杂性。3.58MHz附近的正交串音在中央和边侧画面中产生类似的色度后生现象，从而在边侧和中央画面信息中减少了显示的不同。由于边侧画面色度信息位于辅助副载波相关频谱中边侧画面亮度信息的水平邻接处，故可从由接收经处理的宽屏幕信号的兼容接收机所显示的图象中也大大减少或消去所谓的“狱窗条纹”（jailbars）后生现象。“狱窗条纹”后生现象是由于将高能量边侧画面色度信息调制到水平垂直时域部分在兼容NTSC接收机显示中解调为闪烁亮度条纹而引起的。在所公开的系统中，其益处在于，由边侧画面色度信息引起的对标准NTSC接收机的干扰可借助观看者可采用的色饱和度调整来加以控制。

有些先进电视系统很好地利用了帧内平均的信号处理技术对边侧和中央画面信息进行编码以有助于在接收机中进行信号分离。例如，在M.A.Isnardi的4，855，811号美国专利中公开了这样的一系统。在主信号经时间扩展的中央画面区里帧内平均起始于1.5MHz，以免有损于低频率的垂直细节信息，并且占据边侧画面亮度高频分量和边侧画面色度信号的整个频率范围。在下文将要说明的系统中，边侧画面信息的帧内平均好在起始于高于在前面所述的美国专利4，856，811号中说明的宽屏幕系统中的频率，结果改进了边侧画面的运动再现。

本文公开的系统和美国专利4，855，811中所述系统相比，在重构的边侧画面区呈现较少噪声。大多数噪声和边侧画面低频信息有关，而后者在发送之前已作因数为6的时间压缩。本系统允许的降低边侧画面低频的时间压缩因数好在可减少在重构的边侧画面低频信息中产生的噪声量。

图2示出选择辅助副载波频率FASC为3.9MHz时相应的边侧画面调制频率响应。用该调制方案，调制的边侧画面信息的下限频率（2.1MHz）高于图1的调制方案（1.78MHz）。该结果可对主画面信息进行帧内平均，如图7所见，该帧内平均起始于较高频率（大约2MHz）以改善主画面的垂直时间响应。

图3描绘在辅助副载波频率FASC另一任意选择为2.3MHz时的边侧画面调制频率响应。该方案好在也允许主画面信息的帧内平均（和图1相比），起始于较高频率（大约2MHz），以得到较好的主画面的垂直时间响应。该调制方案使调制的边侧画面色度信息产生向下移动的“棋盘”图形，该图形比起图1方案的条件下所产生的闪烁彩色干扰图案不太可见。这种闪烁的彩色图案不太可能被观看者所察觉。虽然图3所示方案的4.1MHz上限频率接近于视频带的上限频率4.2MHz，但在边侧画面高频亮度信息的上限频率附近只有很少能量。因此希望中频信号处理和滤波效应在很大程度上不会对边侧画面高频亮度信息产生相反的作用。此外，如果需要，可使边侧画面高频亮度信息的低能 高频区域有少许衰减而不使边侧画面图象质量严重下降。

图7示出按照本发明的对兼容的宽屏幕电视信号进行编码的宽屏幕电视信号发射装置的细节。在该实例中，假定左和右的水平过扫描区均为2微秒宽。电视信号源10，例如电视摄象机，提供525行2∶1隔行扫描的色度分量I′和Q′及亮度分量Y′。I和Q色度分量分别在水平、垂直和时间域（HVT）由单元12和13进行低通滤波以产生滤波分量IF和QF。单元12和13各包括：沿垂直时间（VT）对角轴线定向的3×3（象素）菱形低通滤波器和600KHz的水平低通滤波器。由HVT色度陷波（带阻）滤波器14对亮度分量Y′进行滤波，产生经滤波的亮度分量YF。滤波器14包括接收信号Y′的输入的3×3VT色度带通滤波器、并且该带通滤波器后接有2.0MHz水平高通滤波器。从输入信号Y′减去来自该高通滤波器的输出信号产生输出信号YF。

分量IF、QF和YF分别由单元16、17和18进行独立的帧内平均。例如美国专利4，855，811中所公开，帧内平均是用于将两个空间相关的两个信号相互组合以便在以后有效面精确地恢复的信号调节技术，例如，可借助于场存储器件。更具体地说，用这种技术，可使隔一个场（262H）的一组象素包含同样数值的象素，例如，用其平均值替代原象素值。对给定的例如1.5MHz频率以上的信号YF进行帧内处理，而对信号IF和QF的整个带宽作帧内处理。选频帧内处理器18包括提供低频带和高频带（1.5MHz以上）输出分量的频带分离器。高频带分量作帧内平均并在后面与低频带分量组合以形成处理器18的输出信号。

中央画面区的帧内平均的信号Y、I和Q分别在单元20、21和22中用因数1.284进行时间扩展。将来自单元20和21的I和Q分量加到色度调制器24，它们分别调制3.58MHz的其相位正交的标准色度副载波SC和SC′。副载波SC和SC′由包含用于产生载波SC的3.58MHz正弦波信号发生器70和用于根据载波SC产生正交载波SC′的90°移相器72的网络所产生。辅助副载波ASC由场相位控制单元74从载波SC中导出，场相位控制单元产生其相位从一个场到下一场与标准色度副载波的相位反相的辅助载波ASC。90°移相器76产生其相位正交于辅助副载波ASC的辅助副载波ASC′。

来自滤波器14的信号YF也加到1MHz水平频带分离滤波器28，将信号YF划分为包括DC的低频分量YL和1MHz以上的高频分量YH。在单元30中用因数4.0对信号YL的边侧画面区进行时间压缩。来自单元30的输出信号包含时间压缩到各个右边和水平图象过扫描区的边侧画面低频信息，在该实例中假设其中各区域为2微秒宽。用时间多路传输器（MUX）单元32将来自单元30的时间压缩的亮度边侧低频分量信号和来自单元22的时间扩展的中央画面亮度信号一起进行时间多路传输。加法器38组合来自单元24的调制的中央画面色度信号和来自MUX32的信号以产生指定为分量1（COMPONENT1）的输出信号，其中来自MUX32的信号包含主画面亮度信息和压缩到水平过扫描区的低频边侧画面亮度信息。

分量1包含和4×3图象宽高比的标准电视接收机兼容的信息。该分量在单元40中与包含于分量2中的附加的边侧画面信息相组合以产生当用宽屏幕接收机来显示时可显示16×9宽屏幕图象的兼容的宽屏幕电视信号。来自合成电路40的输出信号通过诸如地面RF广播或电缆的任何数量的普通传输介质加以传输。

边侧画面信息分量2产生如下。来自滤波器28的亮度边侧高频信号YH在加到单元44之前由单元42进行帧内平均，而在单元44中用3.0因数对信号YH的边侧画面部分进行时间扩展。来自单元16和17的边侧画面的色度分量I和Q类似地分别由单元45和46加以处理。这样，来自单元44的输出信号包含时间扩展的高频边侧画面亮度信息，而来自单元45和46的输出信号分别包含时间扩展的边侧画面I和Q色度信息。

将来自单元44的亮度边侧高频分量输出信号加到辅助调制器50，调制具有相对于标准色度副载波SC的相位反相的场的3.58MHz的辅助副载波ASC。将由调制器50得到的双边带调制的输出信号通过3.58MHz水平低通滤波器52消去高边带而变换为单边带信号。来自单元45和46的边侧画面色度分量I和Q在辅助正交调器55中调制各个正交相位相关的3.58MHz场相位反相辅助副 载波ASC和ASC′以产生双边带色度边侧画面的调制辅助信号。在该实例中，边侧画面亮度高频分量和边侧画面色度I分量分别通过调制器50和55调制辅助载波ASC相同的相位。

来自滤波器52的单边带亮度边侧高频分量信号和来自调制器55的双边带色度边侧信号分别在单元54和57中用0.5和0.25因数作幅度衰减，以减少这些信号在标准宽高比兼容接收机中产生干扰的相似性。对来自调制器55的双边带色度调制信号比对来自调制器50的单边带调制信号进行的更多的衰减。这是因为该色度调制信号由于其双边带特性和可能含有高能的DC分量（例如在彩色视频信号场合下）而包含更多能量。来自单元54和57的衰减信号在加法器60中组合以产生分量2，以后该分量在加法器40中与分量1相组合。

图8示出包括译码器的宽屏幕电视接收机中的部分细节，所述译码器装置对图7电路产生的宽屏幕信号进行译码。将接收到的基带编码的宽屏幕电视信号（例如，来自RF调谐器和中频组件的未示出信号）加到1.7MHz水平频带分离滤波器以产生输出低频带信号（LOWS）和输出高频带信号（HIGHS），将该高频带信号加到帧内处理器112。处理器112对1.7MHz以上的帧内分隔262H的图象行进行平均（相加合成）和差分（减法合成），以便在平均输出AVG上恢复主分量1，在差分输出DIFF上恢复辅助分量2，而基本上没有垂直时间串音。在单元112工作频率下限与图7编码器中央画面帧内平均器的1.5MHz工作频率下限之间提供200KHz的水平串音保护频带。单元112恢复的分量1由于帧内高度空间相关而包含基本上与编码器中产生的主分量1的图象信息相同的信息。处理器112中的其它细节可从前面提及的4，855，811号的美国专利中找到。

来自单元112的平均输出（AVG）的主分量信号在滤波器114中进行三维的水平、垂直和时间滤波。滤波器114包括3×3V-T和水平滤波网络，用于在带通（BP）输出端提供经调制的主画面色度信息，而在色度陷波输出（NOTCH）上提供不带色度信息的高频主画面亮度信息。加法器116合成来自滤波器110和114的输出端的低频和高频主画面亮度分量以便在其输出端产生重构的主画面亮度信息。可借助于时间多路传输器118将该信息与过扫描区亮度信息（包括时间压缩的边侧画面低频信息）进行合成。

来自滤波器114的经调制的主画面色度分量通过响应正交相位相关的局部产生的标准色度副载波基准信号SC和SC′的正交解调器120进行解调。来自单元120的解调输出信号分别经0.5MHz滤波器122和124进行水平低通滤波以产生窄带色度分量I和Q，由主画面压缩单元130和132分别以与编码器中相应主画面时间扩展因数成倒数关系的因数进行时间压缩以恢复主画面信息原空间尺寸。类似地，将来自MUX118的输出信号的主画面和过扫描分量借助于单元134和136分别进行时间压缩和时间扩展以恢复其原始空间关系。

用接合器140接合来自单元130的复原的主画面色度分量I和来自单元162的复原的边侧画面色度分量I以产生重构的525行的2∶1隔行扫描的宽屏幕彩色分量I′。借助于接合器142接合来自单元132的恢复的主画面色度分量Q和来自单元164的恢复的边侧画面色度分量Q以产生重构的宽屏幕彩色分量Q′。用单元144接合来自单元134的恢复的主画面亮度信息和恢复的边侧画面亮度信息以产生重构的宽屏幕亮度分量Y′。以后由普通的电视视频信号处理网络对重构的宽屏幕分量I′、Q′和Y′进行矩阵变换和处理以便由图象重现设备产生适合显示的彩色图象表示信号。如上所述与主画面分量合成的边侧画面分量从分量2产生如下。

来自处理器112的差分（DIFF）输出端的分量2在单元150中以4.0因数放大以补偿编码器的单元57中0.25因数的衰减。然后由正交解调器152响应正交相位相关的辅助基准副载波信号ASC和ASC′对该放大的信号进行解调，所述信号ASC和ASC′具有与编码器中辅助调制器网络所使用的相应信号同样的特性。单元152的一个解调输出信号由2.0MHz水平低通滤波器155进行滤波，以产生边侧画面色度分量Q。单元152的另一解调输出由2.0MHz水平低通滤波器154进行滤波，以产生包含边侧画面高频亮度信息和边侧画面色度分量I的信号。来自滤波器154和155的边侧画面输出信号由单元156和157分别进行时间压缩，而单元156和157分别呈现编码器边 侧画面时间扩展因数的倒数。来自单元156的输出信号由0.6MHz水平频带分离滤波器162进行处理以便在高通输出（H）端产生边侧画面亮度高频分量，而在低通输出（L）端产生边侧画面色度I分量。加法器170将边侧画面亮度高频分量与来自单元136的边侧画面亮度低频分量进行合成以产生加到接合电路144的重构的边侧画面亮度分量。来自单元157的输出信号由0.6MHz水平低通滤波器164进行处理以产生如前提及的加到接合电路142上的边侧画面色度分量Q。

在单元162进行频带分离前通过单元156的时间压缩过程好在于边侧画面I分量和边侧画面高频亮度分量YSH之间形成较宽频率分离。这使得可放宽频带分离电路162的设计参数。由于借助于网络57之前的时间压缩，也可放宽滤波器164的设计参数。

在考虑图9和图10示出的编码器和译码器细节之前，可参考图4和图11。

至于图4，如前所讨论，具有宽屏幕16×9宽高比的图象显示的宽度示意地包含754个图象象素，其中542个构成中央（主）画面显示区而其中116个构成左右边侧画面区中的每一个。

在图11的频谱中，除去含DC的低频信息，对边侧画面高频亮度信息YSH（“边侧高频分量”）进行时间扩展，并调制标称90°相位的3.58MHz的辅助副载波（ASC）。辅助副载波的频率（FASC）也是标准NTSC色度副载波的频率FSC（实际3.579545MHz）。将标准NTSC色度副载波正交调制于中央画面（主画面）I和Q分量。辅助副载波的相位逐场与标准NTSC色度副载波的相位相反。

YSH调制信息最初是关于辅助副载波频率的对称双边带形式，但该辅助副载波在YSH上边带限定为4.2MHz通道极限频率以后呈现为非对称的YSH残余边带结构。亮度边侧高频分量信号YSH在时间扩展之前具有1.0MHz到5.4MHz频率范围的能量。在用3.0因子时间扩展之后，将边侧高频分量信息映象到0.33MHz至1.8MHz的较低频率范围。将包括DC的边侧画面低频这度信息时间压缩到水平过扫描区，如Strolle等人的4，816，899号美国专利中所述。就这一点而言，在本实例中公开的各种频率和带宽是基于4∶1的边侧画面低频亮度时间压缩因子。然而，也可根据具体系统的要求选择例如5∶1的其它时间压缩因子。经调制的辅助副载波ASC的时间压缩的低YSH边带如图11所示，其范围从1.78MHz到3.25MHz。经调制的辅助副载波ASC的时间扩展的高YSH边带范围从3.91MHz至5.38MHz，但由低通信道滤波限定为4.2MHz，而产生不对称的YSH边带。

边侧画面包含带宽642KHz（含DC）的窄带“Q”色差信息，该带宽为标准NTSC的Q色差分量500KHz带宽的1.284倍。因子1.284是中央画面时间扩展因子，用以根据原宽屏幕信号产生NTSC兼容的主分量。在3.0因子的时间扩展之后，边侧画面色度Q带宽从642KHz降至210KHz左右。该带宽已足够小以便在3.58MHz载波上进行双边带调制时占据低YSH边带的频率上限（3.25MHz）与高YSH边带的频率下限（3.91MHz）之间的频率间隙。

边侧画面也含有宽带“I”色差信息以增强边侧画面彩色分辨率。该边侧画面宽带“I”信息呈现大约1.5MHz的带宽，在由3.0的边侧画面扩展因子作时间扩展之后该带宽降至0.5MHz。

下文分别称之为QS和IS的时间扩展的边侧画面Q和宽带I色度分量正交振幅调制辅助副载波。具体地说，将边侧画面窄带色度分量QS和边侧画面亮度高频分量YSH进行频分多路传输并调制相同的正交（90°）相位的辅助副载波分量。指定该调制的辅助副载波分量为ASC′并如图所示对YSH信息呈现不对称边带并对QS信息呈现对称的双边带。

边侧画面宽带分量IS调制0°相位的辅助副载波分量。该辅助副载波分量指定为ASC并呈现双边带IS调制，该调制在3.58MHz辅助副载波频率处具有不对称的幅度特性。所图示的IS幅度特性的形状是由于在发射机/编码器中用3.58MHz高通“反相”Nyquist滤波器对IS调制的辅助副载波ASC进行滤波以有助于在接收机/译码器中正确地进行正交解调而无串音的结果，这些将结合图9和图10加以说明。

将标准的3.58MHz色度副载波频率选作辅助副载波频率有若干好处。由于该频率很容易在发射机编码器和接收机译码器中得到因此可降低硬件成 本和复杂性。3.58MHz处的相位误差在中央和边侧画面产生类似的色度后生现象，因此减小了所显示的边侧和中央画面信息的不同。由于边侧画面色度信息在辅助副载波相关频谱中处在水平邻接边侧画面的亮度信息之处，而从由接收经处理的宽屏幕信号的兼容接收机所显示的图象中也大大减少或消除已知在一些5∶3宽屏幕系统中出现的“狱窗条纹”后生现象。

图9示出用于按照本发明对NTSC兼容的16∶9宽高比宽屏幕电视信号进行编码的宽屏幕电视信号发射机的细节。宽屏幕电视信号源10，例如电视摄象机，提供525行、2∶1隔行扫描的色差分量宽带I′和Q′及亮度分量Y′。用单元212和213分别对宽带I′和Q′色度分量进行水平、垂直和时间（HVT）三维的低通滤波以产生滤波后的分量IF和QF。单元212和213各包括：沿垂直时间（VT）对角轴线定向的3×3（象素）菱形低通滤波器，以及分别为1.5MHz和0.5MHz的水平低通滤波元件。用HVT色度陷波（带阻）滤波器214对亮度分量Y′滤波以产一滤波后的亮度分量YF。滤波器214包括接收信号Y′的输入3×3的VT色度带通滤波器，以及在该带通滤波器之后的2.0MHz水平高通滤波器。从输入信号Y′中减去来自该高通滤波器的输出信号以产生输出信号YF。

1.5MHz以上的分量IF、QF和YF分别由单元216、217和218进行独立的帧内平均。例如，如美国专利4，855，811中所公开，帧内平均是用于将两个信号相互组合以便在以后有效而精确地恢复的信号调节技术，例如可借助于场存储器件。更具体地说，使用该技术，可使隔开一个场（262H）的一组象素包含同样数值的象素，例如用其平均值替代原象素数值。对给定的例如1.5MHz频率以上的信号YF进行帧内处理，而对信号IF和QF整个带宽作帧内处理。选频帧内处理器218包括提供低频带和高频带（1.5MHz以上）输出分量的频带分离电路，对高频带分量作帧内平均并在后面与低频带分量组合以形成处理器218的输出信号。

中央画面区的帧内平均的信号Y、I和Q分别在单元220、221和222中用因数1.284进行时间扩展。将来自单元220和221的I和Q分量加到普通NTSC色度调制器224，分别调制3.58MHz正交相位的标准色度副载波SC和SC′。副载波SC和SC′由网络产生，该网络包括用于产生载波SC的3.58MHz正弦波信号发生器270和用于根据载波SC产生正交的载波SC′的90°移相器272。借助于场相位控制单元274根据载波SC导出辅助的3.58MHz副载波ASC，该副载波ASC的相位逐场与标准色度副载波的相位反相。90°移相器276产生其相位正交于辅助副载波ASC的辅助副载波ASC′。辅助副载波ADC′的相位也逐场与标准色度副载波的相位反相。

来自滤波器214的信号YF也加到1MHz水平频带分离滤波器228，该滤波器将信号YF分离为包括DC的低频分量YL和1MHz以上的高频分量YH。在单元230中用4.0因子对边侧画面区的信号YL进行时间压缩。来自单元230的输出信号包含时间压缩到各个左、右水平图象过扫描区的边侧画面低频信息，所述各区在该实例中各为2微秒左右宽。来自单元230的时间压缩亮度边侧低频分量信号和来自单元222的时间扩展的中央画面亮度信号一起由时间多路传输（MUX）单元232作多路传输。加法路238组合来自单元224的经调制中央画面色度信号和来自MUX232、包含主画面亮度信息和压缩到水平过扫描区的低频边侧画面亮度信息的信号以产生指定为分量1的输出信号。

分量1包括和4∶3图象宽高比的标准NTSC电视接收机兼容的、用以通过标准NTSC接收机观视的信息。在单元240中，该分量与包含于分量2中的附加的边侧画面信息进行组合以产生当用宽屏幕接收机显示时产生16∶9宽屏幕图象的NTSC兼容的宽屏幕电视信号。来自组合电路240的输出信号由4.2MHz低通滤波器241进行限频。滤波的输出信号例如可通过诸如地面RF广播电缆等任意数量普通传输煤介加以传送。

边侧画面的分量2产生如下。来自滤波器228的亮度高频分量信号YH在加到单元244之前由单元242进行帧内平均，在单元244中用3.0因子对边侧画面的信号YH进行时间扩展以产生信号YSH。来自单元216和217的边侧画面部分的色度分量宽带I和Q类似地分别由单元245和246进行处理，以产生时间扩展的边侧画面的信号宽带 IS和QS。

将时间扩展后的亮度边侧高频分量信号YSH加到辅助的3.58MHz正交振幅调制器250以调制90°相位的辅助副载波ASC′。借助于输出滤波器241将来自调制器250的导出的对称双边带YSH振幅调制输出信号变换为频率上限为4.2MHz的非对称残留边带信号，如图11所示。

将来自单元246的时间扩展后的边侧画面色度分量QS和来自单元245的时间扩展后的宽带分量IS加到包含乘法器280和282及加法器288的辅助3.58MHz正交振幅调制器255。反相Nyquist斜率滤波器284和调制器255关连。信号QS通过乘法器280调制90°相位辅助副载波分量ASC′。信号IS通过乘法器282调制0°相位辅助副载波分量ASC。该调制后的辅助副载波分量随后由将讨论的反向Nyquist斜率滤波器284进行处理。正交振幅调制的辅助副载波分量ASC和ASC′由加法器288加以组合。

来自调制器250的调制后的亮度边侧高频分量信号和来自调制器255中组合电路输出端的经调制的色度边侧信号分别在单元254和257中以因子0.5和0.25加以幅度衰减，以减小这些信号在标准4∶3宽高比NTSC接收机中产生干扰的相似性。因为色度调制信号的双边带而包含更多能量，又因为该信号可包含高能量的DC分量（例如在彩色视频信号的场合下），所以对来自调制器255的色度调制信号所进行的衰减远大于对来自调制器250的亮度调制信号所作衰减。来自单元254和257和衰减信号在加法器260中组合以产生分量2，该信号以后在加法器240中与分量1进行组合。

图12图示出输出边侧画面分量2的调制后的辅助副载波分量ASC′的频谱，该频谱包含对称的双边带QS信息和残留的边带YSH信息。图13图示出边侧画面分量2的IS调制的辅助副载波分量ASC的频谱，该频谱在调制带宽内具有不对称的幅度响应。3.58MHz副载波频率附近的不对称的幅度响应为图10所示接收机/译码器中Nyquist滤波器幅度相应之反。

图10示出包括用于对图9电路产生的宽屏幕信号进行译码的装置的宽屏幕电视接收机的部分细节。将接收的基带编码宽屏幕电视信号（例如来自RF调谐器和中频组件，未示出），加到1.7MHz水平频带分离滤波器310以产生输出低频带信号（LOWS）和加到帧内处理器312上的输出高频带信号（HIGHS）。处理器312对1.7MHz以上的帧内隔开262H的图象行进行平均（相加组合）和差分（相减组合）以便在平均输出AVG端恢复主分量1，并在差分输出DIFF端恢复辅助边侧画面的分量2而基本上没有垂直-时间串音。在单元312工作频率下限与图9编码器中的中央画面帧内平均电路的1.5MHz的工作频率下限之间设置200KHz水平串音保护频带以确保单元112只对帧内平均的信息加以处理。来自单元312的恢复分量1包含由于帧内处理基本和编码器中产生的主分量1的图象信息相同的信息。处理器312的其它细节可在前面提及的美国专利4，855，811中找到。

来自单元312平均输出端（AVG）的主分量1信号在滤波器314中经三维的水平、垂直和时间滤波。滤波器314包括3×3垂直-时间和水平滤波网络，用以在带通（BP）输出端提供调制的主画面色度信息和在色度陷波输出（NOTCH）上提供色度信息以外的高频主画面亮度信息。加法器316组合来自滤波器310和314输出端的低频和高频主画面亮度分量以便在输出端产生重构的主画面亮度信息。该信息借助于时间多路传输器318与边扫描区亮度信息（包括时间压缩的边侧画面低频信息）相组合。

来自滤波器314的调制的主画面色度分量借助于响应局部产生的、色同步基准的、标准NTSC色度副载波正交基准信号SC和SC′的正交解调器320进行解调。来自单元320的解调输出信号分别由0.5MHz滤波器322和1.5MHz滤波器324进行水平低通滤波以产生色差分量Q和宽带色差分量I。这些分量分别由主画面压缩单元330和332进行时间压缩以恢复主画面信息的原空间尺寸，所述时间压缩的因子为编码器中相应主画面时间扩展因子的倒数。类似地，分别由单元334和336对主画面和过扫描区的亮度分量进行时间压缩及时间扩展以恢复原空间关系。

来自单元330的恢复的主画面色度分量Q和来自单元362的恢复的边侧画面色度分量QS由接合电路340进行接合以产生重构的525行的2∶1隔行扫描的、宽屏幕极色分量Q′。来自单元332 的恢复的主画面宽带色度分量I和来自单元364的恢复的边侧画面宽带色度分量IS由接合电路342接合以产生重构的宽屏幕彩色分量I′。来自单元334的恢复的主画面亮度信息和恢复的边侧画面亮度信息由单元344接合以产生重构的宽屏幕亮度分量Y′。重构的宽屏幕分量I′、Q′和Y′随后由普通电视视频信号处理网络进行进行矩阵变换及处理以产生适合于图象重放设备显示的代表彩色图象的信号。如上所述与主画面分量组合的边侧画面分量从分量2产生如下。

来自处理器312差分（DIFF）输出端的分量2在单元350中用4.0因子放大以补偿编码器（图9）中单元257的因子0.25的衰减。该放大的信号由包括乘法器380和382的3.58MHz同步正交幅度解调器352进行解调。Nyquist斜率滤波器384和解调器352相连。解调器352响应正交相位相关的辅助的基准副载波信号ASC和ASC′，所述信号ASC和ASC′和编码器中辅助调制器网络所用的相应信号相同步。乘法器380响应标称90°相位的辅助副载波基准信号ASC′和由Nyquist斜率滤波器384处理后的来自单元350的分量2以产生解调的边侧画面信号YSH和QS。乘法器382根据来自单元350的分量2和0°的辅助副载波基准信号ASC产生边侧画面信号IS。图14图示出由Nyquist斜率滤波器384处理后、解调前的YSH、QS调制90°相位的辅助副载波分量ASC的频谱图。图15示出IS调制0°相位的辅助分量ASC在由Nyquist斜率滤波器384处理之后、解调之前的频谱图。图15所示IS调的正交分量ASC的对称双边带是由译码器Nyquist斜率滤波器384和互补的（反相）编码器Nyquist斜率滤波器284的级联产生的。

编码器中反向Nyquist处理和译码器中Nyquist处理的级联对译码器中解调信号YHS产生所需要的平坦的幅度响应，并且还保证调制的辅助副载波分量ASC呈现对称的双边带IS信息以便在译码器中实现正确的正交解调，即，使IS保持所要求的相位关系而无串音进入分量YSH或QS。

将Nyquist斜率分至组合的YSH、QS调制信号（从3.08MHz到4.08MHz）的较高能量的双边带区使该双边带区的有效能量减小一半，从而对于辅助副载波调制频率产生平坦的解调幅度响应。在译码器中没有Nyquist斜率滤波，由于不对称YSH边带的相互不均匀的能量分布使解调辅助副载波分量ASC′产生不均匀的YSH输出幅度响应。译码器中的Nyquist斜率滤波器384对称地低通滤波正交调制的分量2以使一半幅度响应呈现于3.58MHz的辅助副载波频率的3.08MHz和4.08MHzIS信号带宽中较高能量的双边带区域的中央，如图14所示。

来自译码器中单元350（图10）的分量2也包含正交调制分量IS，由滤波器384对该分量进行低通Nyquist斜率处理。这样的处理使IS调制的辅助副载波分量ASC在IS调制频率范围内具有不均匀的幅度响应。为补偿这种幅度效应，在编码器中，用高通Nyquist斜率滤波器284对IS调制的辅助副载波分量ASC加以处理，该滤波器具有译码器中Nyquist斜率滤波器384的反相（互补）特性。这样，在译码器中，IS调制的辅助副载波分量ASC如同加到YSH、QS解调器中的乘法器380，在IS频率范围内呈现对称的双边带幅度响应，如图15所示。这种对称的双边带响应确保IS信息在解调器中正交于YSH、QS信息，从而由YSH、QS解调器阻止IS信息。在编码器中的反相Nyquist斜率滤波也可便利地减小信号IS的能量，从而减小影响标准电视信号信息的IS信息的相似性。可用后续的滤波分离解调后的YSH和QS分量。

在3.08MHz-4.08MHz的IS频率范围内，YSH、QS信息是对称的双边带，并可由IS同步振幅解调器352阻止所述信息。来自单元352的经解调的IS输出信号由2.0MHz水平低通滤波器355滤波。来自解调器352的乘法器180的YSH、QS经解调的输出信号由2.0MHz水平低通滤波器进行滤波。由单元356和357对来自滤波器354和355的边侧画面输出信号进行时间压缩，所述滤波器分别呈现编码器边侧画面时间扩展因子的倒数。来自单元356的输出信号由0.6MHz水平频带分离滤波器器362处理，以便在高通输出端（H）产生边侧画面亮度高频YSH分量，在低通输出端（L）产生边侧画面色度QS分量。加法器370将边侧画面亮度高频分量与来自单元336的边侧画面亮度低频分量相组合以产生加到接合电 路344的重构的边侧画面亮度分量。来自单元357的输出信号由1.5MHz水平低通滤波器364处理以产生如前所述的加到接合电路342的边侧画面色度分量IS、信号Y′、I′和Q′随后加以组合以产生用来显示的代表宽屏幕图象的信号。

Claims (33)

1、在处理含主画面信息和边侧画面信息的宽屏幕电视型信号的系统中的装置，该装置包括：

用于处理所述主画面信息的装置；

用于产生辅助副载波信号而不是标准色度副载波信号的装置(70，74)；其特征在于，

用于将边侧画面色度信息调制所述辅助副载波以形成含有所述边侧画面色度信息的双边带调制的辅助副载波的装置(45，46，55)；以及

用于将不包括DC信息的边侧画面高频亮度信息调制所述辅助副载波以形成含有所述边侧画面高频亮度信息的单边带调制辅助副载波的装置(44，50)；以及

用于将所述主画面信息和所述调制的副载波组合为代表图象的传输信号的装置。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辅助副载波每262H将相位反相，其中H为水平行间隔。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述辅助副载波具有所述标准色度副载波的频率，并对所述标准色度副载波的相位呈现场反相相位。

4、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述边侧画面高频亮度信息（YH）构成所述单边带信号的低边带信息（52）。

5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述宽屏幕电视信号呈现大约为16×9的图象宽高比。

6、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述边侧画面高频亮度信息（YH）构成所述单边带信号的上边带信息;以及

所述辅助副载波的频率小于所述标准色度副载波的频率。

7、如权利要求1所述的装置，其特征在于，将边侧画面低频信息时间压缩（30）到所述电视信号的过扫描区。

8、如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述辅助副载波的频率为所述标准色度副载波的频率。

9、如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述辅助副载波的频率高于所述标准色度副载波的频率。

10、如权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述辅助副载波的频率是所述标准色度副载波的频率，并对所述标准色度副载波的相位呈现场反相相位;

所述辅助副载波用边侧画面色度信息正交调制（55）;以及

所述边侧画面高频亮度信息（YH）构成所述单边带调制辅助副载波的低边带信息。

11、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调制的辅助副载波与公共信道中已处理的主画面信息相组合（40）。

12、在用于接收包含主画面信息、调制辅助副载波而不是标准色度副载波的边侧画面色度信息和调制所述辅助副载波的不包括低频亮度信息的边侧画面高频亮度信息的宽屏幕电视型信号的系统中的装置，该装置的特征在于：

所述边侧画面色度信息以双边带形式出现在所述辅助副载波上，和所述边侧画面高频亮度信息以单边带形式出现在所述辅助副载波上;

用于分离所述主画面信息和所述调制的边侧画面信息的装置（112、114）;

响应基准副载波以解调所述双/单边带形式边侧画面信息的解调装置（152）;

用于处理解调后的边侧画面信息的装置（154-164）;以及

用于将经处理的解调后边侧画面信息与分开的主画面信息进行组合以提供代表图象的输出的装置（140，142）。

13、如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述辅助副载波和所述基准副载波各呈现场反相相位。

14、如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述辅助副载波用第一和第二边侧画面色度分量正交调制;以及

所述基准副载波包含正交相位相关分量。

15、如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第一和第二边侧画面色度分量之一和所述边侧画面高频亮度信息一般被调制于所述基准副载波的所述正交相位相关分量中的一个。

16、如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述分离装置包括用于对由一个图象场合分开的图象元素进行相加和相减以分别产生分开的主画面信息和分开的调制后的主画面信息的装置（112）。

17、如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述解调装置（152）包含正交解调装置，该正交解调装置响应分开的调制后的边侧画面信息和辅助基准信号以便在第一输出端产生包括第一边侧画面色度分量（Q）的第一解调信号，在第二输出端提供包含第二边侧画面色度分量（I）和边侧画面高频亮度分量（YSH）的第二解调信号。

18、如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述辅助基准信号呈现相对于标准色度副载波的相位的场反相相位。

19、如权利要求17所述的装置，其特征在于，还包含：

用于对来自所述解调装置的输出信号滤波以提供分开的第一和第二边侧画面色度分量和分开的边侧画面高频亮度分量的装置（162、164）;以及

用于将所述分开的边侧画面亮度和色度分量与主画面信息组合以形成宽屏幕图象的装置（140-144）。

20、如权利要求17所述的装置，其特征在于;还包含：

用于时间压缩所述第二解调信号的装置（156）;以及

响应所述时间压缩的第二解调信号以便将所述第二边侧画面色度分量与所述边侧画面高频亮度分量分开的装置（162）。

21、如权利要求17所述的装置，其特征在于，还包含：

用于时间压缩所述第一解调信号的装置（157）;以及

用于对所述时间压缩的第一解调信号进行滤波的装置（164）。

22、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述边侧画面图象信息包含亮度分量和第一及第二彩色分量，

所述装置包含：

用于提供第一（ASC）和第二（ASC′）相位不同的辅助副载波信号而不提供以公共频率传送主画面色度信息的标准色度副载波的装置（270-276）;

将所述第一边侧画面彩色分量（IS）调制所述第一辅助副载波以便对所述第一边侧画面彩色分量形成双边带调制信号的装置（255，282，288），以及

用于将所述第二辅助副载波用a）所述第二边侧画面彩色分量（QS）调制以便对所述第二边侧画面彩色分量形成双边带调制信号，和用b）边侧画面高频亮度信息调制以便对所述边侧画面高频亮度信息形成不对称的边带调制信号的装置（250，255，260，280，288），

其特征还在于，

所述第一边侧画面彩色分量（IS）是其带宽大于所述第二边侧画面彩色分量（QS）的宽带分量。

23、如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述第一和第二边侧画面彩色分量分别是“I”和“Q”色差分量。

24、如权利要求23所述的装置，其特征在于，所述第一（ASC）和第二（ASC′）辅助副载波正交相位相关并呈现不同于标准色度副载波的场交变相位。

25、如权利要求22所述的装置，其特征在于，还包括：

用于在所述经调制的和第一辅助副载波（ASC）的调制频率上分派不对称幅度响应的滤波装置（284）。

26、如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述滤波装置（284）为Nyquist斜率滤波器。

27、如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述滤波装置（284）是高通Nyquist斜率滤波器;以及

所述第二辅助副载波（ASC′）相对于所述边侧画面高频亮度信息是残留边带调制信号。

28、如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述调制后的第一（ASC）和第二（ASC′）辅助副载波位于公共基带信道。

29、如权利要求12所述的用于接收所述宽屏幕电视型信号的装置，其特征在于，

所述边侧画面信息包含亮度分量和第一、第二彩色分量，

第一和第二相位不同的辅助副载波信号而不是标准色度副载波共享公共频率，

所述第一辅助副载波用所述第一边侧画面彩色分量调制以相对于所述第一边侧画面彩色分量形成双边带调制信号，

所述第二辅助副载波用（a）所述第二边侧画面彩色分量调制以相对于所述第二边侧画面彩色分量形成双边带调制信号，以及用（b）边侧画面高频亮度信息调制以相对于所述边侧画面高频亮度信息形成不对称边带调制信号，

所述第一边侧画面彩色分量是其带宽大于所述第二边侧画面彩色分量的宽带分量，

以及，边侧画面信号处理装置包含有：

用于将所述主画面信息和包含边侧画面信息的所述调制后的辅助副载波分离的装置（312，314）;

用于接收呈现所述第一辅助副载波相位的第一基准信号、以及用于接收包含所述分开的辅助副载波的信号以提供以解调的第一边侧画面彩色分量的第一解调装置（382）;以及

用于接收呈现所述第二辅助副载波相位的第二基准信号、以及用于接收包含所述分开的辅助副载波的信号以提供解调的宽带第二边侧画面彩色分量的第二解调装置（380）。

30、如权利要求29所述装置，其特征在于还包含：

用于将包含所述分开的辅助副载波的所述信号传送到所述第一解调器的Nyquist斜率滤波装置（384）。

31、如权利要求29所述装置，其特征在于，所述第一和第二边侧画面彩色分量分别是宽带“I”和“Q”色差分量;

所述第一和第二基准信号相位正交并呈现不同于标准色度副载波的场交变相位;以及

Nyquist斜率滤波器将包含所述分开的辅助副载波的所述信号传送到所述第一解调器。

32、如权利要求31所述装置，其特征在于，所述Nyquist斜率滤波器呈现低通响应。

33、如权利要求29所述装置，其特征在于，所述第一和第二辅助副载波置于公共基带信道。

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