CN1029281C - 对多路复用的基带色差分量进行二维递归滤波的色度杂波减少设备 - Google Patents

Abstract

对基带色度分量进行时分多路复用(32、62)，并进行垂直(50)和水平(40)递归滤波，从而起减少彩色分量杂波的作用，其中水平递归滤波器(40)的水平条纹特性有效地在视觉上消除了垂直递归滤波器(50)的垂直条纹性能，从而具有这样的好处：(1)减少了基带色度分量的杂波；(2)肉眼看得见的人为瑕疵减少到最小程度；(3)无需将滤波元件的数目加倍；(4)可靠性提高了，且滤波元件最少；(5)造价相应地降低了。

Description

本发明涉及电视系统，特别涉及一种减少所显示彩色电视图象的色度信号分量中杂波的设备。

色度信号杂波减少系统可以属于以下两种系统中的一种，即直接处理正交调幅色度信号副载波和处理经解调的色差信号的系统。

Hirota在1985年12月10日颁发的题为“减少载波色度信号中杂波的电路”的美国专利4，558，353中介绍了一个通过处理经调制的色度信号来减少杂波的例子。Hirota的系统包括检测色度信号载波窄带区中的杂波和从全带宽度色度信号减去窄带杂波以提供杂波减少了的色度信号载波的线路。据说，该系统能有效地消除杂波分量，尤其是当彩色没有变化或变化不大时，即载波色度信号的边带分量小时，更是如此。

Takahashi在题为“彩色电视信号的杂波减少系统”的美国专利4，246，610中介绍了对经调制的色度信号载波进行处理的色度杂波减少系统的另一个例子。该系统将帧递归滤波（frame    recursive    filtering）应用到复合视频信号上以减少时间因次（即帧间）的杂波。为适应被滤波的复合信号中色副载波的存在，该系统包括一个色度信号倒相器，用以将帧间的色度信号相位进行倒相。此外还采用另外的处理线路来减少因帧间运动所产生的色度信号人为瑕疵。

周知的一些基带色度信号处理方法是在减少杂波之前将色度信号解调成基带分量的形式（例如，R-Y和B-Y）。Kisou在1990年5月22日颁发的题为“应用帧相互关系的色度信号杂波减少电路”的美国专利 4，928，165中介绍了减少基带色度信号杂波的一个例子。

Kisou的系统包括：一个解码器，用以对第一和第二色差信号进行解码，该两个色差信号个个含有来自所收到的色度信号的杂波分量;一个信号相减电路，根据两个连续的第一色差信号产生第一帧差信号，并根据两个连续的第二色差信号产生第二帧差信号;一个信号变换电路，从第一帧差信号提取第一补偿信号，并从第二帧差信号提取第二补偿信号;一个杂波减少电路，根据补偿信号减少来自色差信号的杂波;一个鉴别电路，用以鉴别第一和第二帧差信号是否都小于规定的电平，并据此产生控制信号;一个信号传递电路，只有当两帧差信号都小于规定电平时才根据控制信号将补偿信号从信号变换电路传递到杂波减少电路上。

Kisou的方案有这样的问题：由于要处理两个色度信号，因而需要较大量的处理元件，换句话说，元件大致加倍。此外，采用两个处理色度信号的帧存储器，花费既较大，又复杂。

因此需要有这样一个色度杂波减少系统，该系统不仅无需帧延迟，对帧间运动的影响不太敏感，而且基本上不存在诸如彩色条纹之类的肉眼看得见的人为瑕疵。此外还需要有这样一个色度杂波减少系统，该系统结构较简单，可与多个基带信号配用而无需为了适应多个基带信号而使杂波减少元件数大致加倍。本发明旨在满足这些需要。

综观本发明，我们知道，对基带色度分量进行水平递归滤波是会产生水平条纹的，对基带色度分量进行垂直递归滤波是会产生垂直条纹的。这个条纹效应的原因，下文即将谈到。

然而，对基带色度分量既进行水平递归滤波又进行垂直递归滤波时，却取得意想不到的效果。大家可能会预测，各滤波器的条纹作用可能会加在一起，从而产生既有垂直条纹又有水平条纹的图象。与此相反，按照本发明采用下面即将谈到的滤波器却取得相反的效果。具体地 说，本发明各滤波器总的条纹效应比各滤波器单独所产生的条纹效应小，而且在总的色度杂波的减少作用方面取得了优异的成绩，同时各滤波器没有产生条纹的性能。

既然本发明必须对各色度信号既要进行垂直滤波又要进行水平滤波，大家可能会得出这样的结论：要减少基带分量的杂波总共需用四个滤波器。这样当然违背了本发明简化处理过程的目的。按照本发明的另一个方面，本发明具有这样的好处：减少两个色差信号的杂波所需用的滤波器数并不比减少一个色差信号的杂波所需用的滤波器数多。这是通过将多路传输技术与具体选择滤波器反馈延迟时间间隔和具体选择取样时间间隔结合起来达到的，这一点下文将详加说明。

本发明的杂波减少设备包括：一个信号源，用以提供杂波有待减少的第一和第二基带色差信号;第一开关装置，与该信号源连接，交替对各色差信号进行取样，以提供多路复用的输出信号，该输出信号包含对该第一和第二色差信号交替取样的取样信号，各取样信号的取样周期T选择得可以在多路复用输出信号的每个水平行提供偶数个取样信号;第一递归滤波器，其反馈时延等于两个取样周期，用以对色差信号的交替取样信号进行水平滤波;第二递归滤波器，与第一递归滤波器串联，其反馈时延等于一个水平行周期，用以对色差信号的交替取样信号进行垂直滤波;第二开关装置，根据经水平和垂直递归滤波的各色差信号的交替取样信号对各取样进行信号分离，以提供杂波已减少了的第一和第二色差输出信号，各输出信号经过垂直和水平递归滤波。

附图中示出了本发明的上述和其它特点。

图1是装有本发明的色度杂波减少设备的电视接收机的方框图。

图2是图1杂波减少设备中色差信号多路复用过程的示意图。

图3是图1色度杂波减少设备中使用的限幅器传输特性的一个例子。

图1的彩色电视接收机10包括一个射频处理单元12，该单元的输入端14用以接收经调制的射频彩色电视信号S1，该单元的输出端用以提供基带复合视频信号S2。单元12可以是一般设计的，包括调谐器、中频放大器和检波器，还可以包括基带视频开关，用以选择基带视频输入信号，而不是选择用来显示的射频输入信号。处理单元12提供的复合视频信号S2加到亮度-色度（Y-C）信号分离电路16上，由该电路将复合视频信号S2分离成亮度分量Y和正交调幅色度分量C。经分离的色度分量C加到色度信号解调器18上，由该解调器解调色度信号C，以提供一对基带色差信号R-Y和B-Y。

图1接收机中的杂波减少功能是分别为亮度信号Y和色度色差信号R-Y和B-Y而设的。例如，亮度分量Y加到亮度杂波减少单元20，该单元可以是一般设计的。色度色差信号R-Y和B-Y则加到实施本发明的色度杂波减少单元30上。对亮度和色差分量分开进行杂波减少处理有这样的好处：它使我们可以为各信号选择最佳的杂波减少系统。而相比之下，例如，在上述各系统的情况下，色度信号是与亮度信号一起，如前面所述的那样，在公用的帧递归杂波减少系统中加以处理的。

单元20提供的杂波已减少了的亮度信号Y′和单元30提供的杂波已减少了的基带色差信号（R-Y）′和（B-Y）′加到显示处理器22上，由该处理器产生彩色输出信号（例如呈RGB的形式），供在显象管24上显示之用。显示处理器22可以是一般设计的，它具有诸如亮度和对比度控制、色调和饱和度控制和彩色矩阵化等功能。显象管24可以是如图示的直观式的，也可以包括三个投影式显象管，或其它诸如液晶显示装置之类的合适的显示器件。

使用者可以用控制单元26控制图1接收机10的各种功能。控制单元26的四个输出端分别接射频处理单元12、杂波减少单元20和30、和显示处理器22。控制单元26可以是一般设计的，例如，由使用者手持式遥控 单元控制的微处理器。接射频处理单元12的输出端给射频处理单元12提供控制信号S3，供控制电视频道的调谐过程和视频信号源的选择过程之用。送到杂波减少单元20和30上的减少杂波的控制信号S4和S5使使用者可以控制（例如，通/断或调节）减少杂波的过程。送到显示处理器22的控制信号S6使得使用者可以控制上述各种视频处理功能。

本发明的特点在于，杂波减少系统可以由使用者控制，使得使用者可以将其完全断开或将其调节到某要求值。这是我们所希望有的特点，因为信号来源不同，其杂波特性实质上是不相同的。举例说，可能会有这样的一些时候，当时即使没有经过减少杂波，亮度信号也是可以接受的，但却需要在某种程度上减少色度信号的杂波。采用分别使杂波减少的控制信号（S4和S5）使得使用者有机会满足这个需要。色度杂波减少信号S5所要求的最小信息是简单的通/断指令，而无论以数字形式或模拟形式实现这个指令，都只需用一个控制导线。为更灵活地进行控制，使杂波减少的控制信号可以包含一个两位数字信号，从而确定了减少杂波情况中的四个分立状态或电平（例如，00表示断开，01表示低，10表示中等，11表示高），这将在下文说明。杂波减少控制信号S5也可以是模拟信号，模拟信号中的零电平使减少杂波的功能不起作用，其非零的幅值控制杂波减少限制器的阈值（这一点将加以说明），因而控制杂波的减少程度。

体现本发明的色度杂波减少电路30（在虚线框中）包括一个输入多路转换开关32，基带色差信号R-Y和B-Y即加到开关32上。开关32的作用是交替对色差信号R-Y和B-Y进行取样，以提供多路复用的输出信号S8，信号S8包含色差信号的交替取样信号，各取样信号的取样周期“T”选择得可以使输出信号S8的每一水平行提供偶数个取样信号。为满足这些要求，开关32由时钟脉冲信号发生器28提供的时钟脉冲信号CL控制，时钟脉冲信号发生器28则“行锁定”到视频信号水平行频的倍数 。举例说，时钟脉脉冲信号发生器28可以包括一个乘法式（multiplying    type）的锁相环（PLL），该锁相环锁相到显示处理单元22所提供的水平行频“H”，如图中所示。为举例说明起见，以下假设，时钟脉冲信号CL等于行频或水平扫描频率Fh的128倍。

图2示出了多路转换开关32提供的R-Y和B-Y基带色差信号多路复用的取样信号。从图中可以看到，每一行有偶数个取样。如下面将更详加说明的那样，这一点很重要，因为这确保第N行的取样与下一个第N+1行的取样在垂直方向上对齐。图2明显显示了本发明的这个特点。从图2中可以看出，一些R-Y取样形成一个垂直列，一些B-Y取样形成一个垂直列。若每一行的取样数不是偶数，则R-Y和B-Y取样可能会横向歪斜，从而使其后的滤波操作问题大大复杂化。

回过来看图1，多路复用的取样（信号S8）加到模/数转换器（A/D）34上，转换成数字形式（信号S9）。应该指出，模/数转换器34由频率为多路转换开关时钟脉冲信号CL频率的2倍的时钟脉冲信号2CL计时。这是因为，模拟信号样品R-Y是在信号CL高时进行转换，模拟信号B-Y是在信号CL低时进行转换。;因此，两个数字样品是在多路时钟脉冲信号的一个完整周期期间产生的，因而模/数转换频率必然为多路时钟脉冲频率的两倍。此双频（2CL）时钟脉冲频率由时钟脉冲信号发生器28提供。

这时应该指出的是，虽然其后的各项操作最好是进行数字处理，但却不是必须这样做，必要时还可以不用模/数转换器34，而且其后的处理可用模拟元件来完成。之所以最好采用数字处理是因为后面的各元件要求达一个全图象行的信号延迟时间，而这些延迟时间当信号是数字信号时易于高度精确地达到，当信号是模拟信号时，要高度确精确地达到就更困难了。

接着把多路复用的数字信号S9加到第一递归滤波器（总的以滤波器 40表示）上。按照本发明的一个特点，滤波器40的反馈延迟必须等于两个取样周期“T”，以便对R-Y和B-Y色差信号的交替取样信号进行水平滤波。为了确保只用R-Y取样信号处理R-Y信号取样，且只就B-Y取样信号对B-Y信号取样进行滤波，水平滤波器40的反馈延迟必须正好等于两个取样周期T。这是根据图2中所示的信号格式得出的结论。从图2中可以看到，R-Y和B-Y每一个是以取样周期T交替取样的。若水平递归滤波器的延迟历时奇数个取样信号，则R-Y和B-Y取样可能会混淆起来。因此，绝对必须在两个取样延迟周期的基础上进行水平滤波。

更详细地说，水平递归滤波器40有一个输入节点“A”，信号S9即加到该节点“A”上。节点“A”接减法器42和加法器44各自的第一输入端。输出节点“B”接加法器44的输出端，并经延迟单元46接减法器42的第二输入端。延迟单元46的延迟时间等于两个取样延迟时间。减法器42的输出端与加法器44的第二输入端之间连接有包括限制器47和衰减器48的电路通路。衰减器48有效地将该电路通路的信号增益限制到小于1的范围，从而由于通过延迟和电路通路的反馈为正而避免了滤波器振荡的任何机会。举例说，衰减器48的传输比可以取7/8或略小于1的值。

但衰减器48并不是必不可少的元件，如果配备有其它将增益限制到小于1的装置，是完全可以不用衰减器48的。举例说，限制器47可以采用经编程的只读存储器或ROM。在这种情况下，不难将ROM编程得使其信号增益小于1，从而无需使用单独的衰减器。用ROM作为限制器47还有这样的好处：用不同的限制电平对若干地址进行编程，只要简单地用减少杂波的控制信号S5访问不同ROM的存储单元就可以控制杂波减少系统的增益。图3示出了为信号S5的不同限制电平而编程的ROM的一些例子。水平轴线表示输入信号电平，垂直轴线表示输出信号电平。从图中可以看出，各传输曲线用以限定0电平、2IRE电平（美国无线电工程师 学会标准）和8IRE电平，这些电平由ROM的地址输入端选取，从而提供色度杂波减少过程的“断开”电平、低电平和高电平。

举例说，要使杂波减少系统完全不起作用，可以采用信号S5来选择ROM地址，这时无论减法器42所提供的地址输入的实际值是多少，所有的数据输出都等于零。再举一个例子：要使杂波减少的电平低，可以将ROM编程得使ROM传送减法器0-3IRE范围的输出电平，但对3IRE以上的电平加以限制。作为第三个例子，为获取高电平减少杂波的效果，可以将ROM地址选择得在减法器输出信号（地址）达8IRE电平时可以提供范围更宽（例如达8IRE单位）的输出信号。

研究一下一些具体的实例可容易理解多路复用递归水平滤波器40的工作情况。该滤波器基本上分别产生因两取样延迟而得出的R-Y和B-Y取样信号平均值。对于小信号，其电平低于限制器47的限制电平时，节点“B”处的输出信号在R-Y取样信号加到输入节点“A”上时汇合成R-Y取样信号的平均值，而在B-Y取样信号加到输入节点“A”上时汇合成B-Y取样信号的平均值。但限幅器47在输入信号大于限制电平时起限制均化过程的作用，从而在输入信号大变时使节点“B”处的输出信号基本上即为节点“A”处的输入信号。这样，信号小时，杂波经过均化，信噪比提高;信号大时（超过限制电平），色度信号分量不经过均化而传送到输出端（节点B），从而使大信号传输达到高的分辨力。

另一方面也可以这样看水平递归滤波器40的工作情况。减法器42在输进来的色度分量与两个延迟色度分量取样信号之间产生一个差值。若这个差值小，限制器47令其通过，再由加法器44将差值信号加到节点A处的输入信号上。因此，当输入信号小时，输入信号大部分被消除掉，代替它的是平均输出信号。然而，输入信号的变化大时，减法器42输出信号中的差值大。因此，限制器47会将减法器的输出信号限制到低电平，从而使加法器44的输出因限制器47的限制作用而几乎仅仅由输入信 号组成。为实现这一点，在限制器不起限制作用时限制器47的增益选取得小于1（例如7/8），从而使输出信号始终集中于输入信号S9的平均值。

前面说过，水平滤波器会产生水平条纹。之所以如此是因为可以预料，对于真实图象，各水平行的彩色分量随各行而异，因此要对各行进行滤波（按不同的方式均化）。按照本发明，可以将各彩色分量进行垂直递归滤波来消除这些水平条纹。这由垂直递归滤波器50来完成。

滤波器50包括一个输入节点C，经水平递归滤波的信号S10即加到节点C上。节点C接减法器52和加法器54各自的第一输入端。输出节点D接加法器54的输出端，并经延迟单元56接减法器52的第二输入端。延迟单元56的延迟时间等于一个水平行的时间。如上面说过的那样，每一行的取样数必须是偶数的，以确保所有的取样都相互垂直（垂直对齐）。减法器52的输出端与加法器54的第二输入端之间接有一个包括限幅器57和衰减器58的电路通路（57、58）。由于经过延迟和电路通路的反馈是正的，因而衰减器58有效地将电路通路的小信号增益限制到小于1，从而防止滤波器振荡的任何机会。举例说，衰减器58的传输比可以取7/8或略小于1的类似值。

前面就滤波器40说过，如果配备有将滤波器50的增益限制到小于1的其它装置，则可以完全取消衰减器58。如前面谈到滤波器40时详细说明了的那样，限制器57最好用作只读存储器（ROM）。

滤波器50的工作情况与滤波器40完全一样，只是滤波方向是垂直的，不是水平的。在这方面，应该强调的是，为了防止歪斜误差，每一行的取样数绝对必须选取偶数。为确保R-Y取样信号与R-Y取样信号均化，B-Y取样信号与B-Y取样信号均化，取样信号必须如图2所示的那样垂直对齐。

垂直多路复用彩色滤波器50也由于彩色在垂直方向上的变化而产生条纹效应。但前面说过，滤波器40产生的水平彩色条纹与滤波器50产生 的垂直彩色条纹结合起来时，产生的图象必然极少或没有肉眼看得见的条纹效应。换句话说，上述结合产生了意想不到的效果，即，条纹效应在视觉上看起来不是相加，因而提高了彩色图象的质量。此外，如前面所提到的那样，由于采用多路传输技术，而且每一行的取样数是特别选取的，因而为改善彩色信号，系统只需用两个滤波器，而不是象不采取上述措施时那样，需用四个滤波器。

经多路传输、水平递归多路滤波和垂直多路滤波之后，输出节点D处经处理的信号由数/模转换器（D/A）60转换回到模拟形式，并由信号分离开关62将其分离成其各分量形式，加到接收机10的显示处理器22上。

到此为止，本说明书展示和介绍了这样一种色度杂波减少系统，该系统中的基带色度分量是经过时分多路复用并经过垂直和水平递归滤波处理的，因而该系统能起彩色分量杂波减少作用，其中水平递归滤波器水平条纹性能有效地在视觉上消除了垂直递归滤波的垂直条纹性能，从而具有这样的好处：（1）基带色度分量的杂波减少了;（2）视觉上的人为瑕疵减小到最小程度;（3）无需将滤波元件的数目加倍;（4）可靠性提高，滤波元件数最少;（5）相应降低造价。

对本发明的具体实施例是可以进行种种修改的。如前面所指出的那样，可以取消模/数转换器和数/模转换器，不采用数字处理而采用模拟处理。此外，还可以不用多路复用，但这样做的代价只是将需用的滤波器数加倍，而这正如前面说明过的是和本发明简化电路的目的相反。然而，也可以不采用上述所示的那种而采用不同形式的递归滤波器，只要这些滤波器在选取得可以提供正交阵列和每行偶数个取样信号的取样的情况下对信号的限制作用小，而且能进行正交滤波即可。

Claims (3)

1、一种色度杂波减少设备，包括：

一个信号源(18)，用以提供第一(R-Y)和第二(B-Y)基带色差信号；其特征在于它还包括：

第一开关装置(32)，它与所述信号源相连接，用以对所述色差信号交替取样，以提供包括所述第一和第二色差信号的交替取样信号，各取样信号的取样周期“T”选择得可以使所述输出信号的每一水平行有偶数个取样信号；

第一递归滤波器(40)，它具有一个反馈延迟(46)，其延迟量等于两个所述取样周期，用以对所述色差信号的所述交替取样信号进行水平滤波；

第二递归滤波器(50)，与所述第一递归滤波器串联，并且有一个反馈延迟(56)，其延迟量相当于一个水平行周期，用以对所述色差信号的所述交替取样信号进行垂直滤波；以及

第二开关装置(62)，它相应于所述色差信号的水平和垂直递归滤波的交替取样信号，用以对所述取样信号进行信号分离，以提供第一和第二杂波减少了的色差输出信号，各信号经过垂直和水平递归滤波。

2、权利要求1所述的设备，其特征在于，各所述滤波器（40、50）包括相应的限制器（47、57），各限制器有一个控制端，用以控制其限制电平，且所述控制端连接在一起（S5），并与控制信号（26）的一个公共信号源相连接，以便根据所述控制信号同时控制两个所述限制器的限制电平。

3、如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一滤波器（40）包括：一个输入端（A），与减法器（42）和加法器（44）各自的第一输入端相连接;一个输出端（B），接所述加法器的输出端，并经延迟单元（46）接所述减法器的第二输入端;和一个电路通路，它包括连接在所述减法器的输出端与所述加法器的第二输入端之间的一个限制器（47），和用以将所述电路通路的小信号增益有效地限制到小于1的值的电路装置（48）。

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