CN103945159A - 一种视频信号传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视频信号传输方法，包括以下步骤：输入一视频信号；将视频信号分解为亮度信号与色差信号；分别处理亮度信号与色差信号，并将处理后的亮度信号与色差信号叠加，转换为模拟信号后进行传输；处理色差信号的步骤中进一步包括：通过一色差分离模块自色差信号中抽取出一第一色差分量信号与一第二色差分量信号，并将两个色差分量信号送入缓冲暂存；通过一色差重排列模块从缓冲中取出两个色差分量信号，并将其合并为一复用色差信号；通过一VSB-AM调制器将复用色差信号调制到一设定的副载波上获得一色度信号。该方法在保持现有模拟高清传输优势的同时，能够更好的适应各类信道的特性，提高画质，并增加传输距离。

Description

一种视频信号传输方法

技术领域

本发明属于视频传输领域，涉及一种用于在同轴电缆上传输视频信号的方法与装置，尤其是一种在同轴电缆上传输高清晰度模拟视频信号的方法。 

背景技术

目前，基于同轴电缆的模拟视频传输广泛用于各类闭路电视监控系统应用。但其传输标准CVBS(compositevideobroadcastsignal，复合电视广播信号)只能满足标清应用的要求。因此在高清应用的场合通常使用数字传输技术，例如HD-SDI(high-definitionserialdigital interface，高清晰度串行数字接口)或者基于压缩视频的数字摄像机。但这些系统存在一些固有的缺陷。HD-SDI类非压缩数字视频传输技术具有低延迟，高画质的优点，并可以在光纤信道上实现超高分辨率视频的长距离传输。但很高的数据率使其难以在同轴电缆上达到一个实用的传输距离，特别是工程上布线的灵活性无法与CVBS相比，尤其是难以在原有视频监控系统布线上升级。基于压缩视频的数字摄像机如IPC(IPcamera，IP摄像机)具有良好的灵活性与高度的扩展性，并可支持超高清分辨率视频传输，但视频压缩无可避免的造成画质损失并增加延迟。此外，数字传输全或无的特性使其在通常情况下能够抵抗干扰并保持良好的画质，然而在遭受超出容限的干扰或者传输距离超标时画质会突然下降至无法接受的程度。 

aCVi与HDCVI等基于同轴电缆的模拟高清传输技术出现弥补了这些缺陷。这两者都是基于修改后的NTSC(NationalTelevisionSystem Committee，美国国家电视系统委员会)标准，采用与NTSC类似的调制技术。但与CVBS相比，由于其能够充分的利用同轴电缆的带宽，因此能够传输从700至1000TVL的高清晰视频。同时，模拟传输技术使得其传输质量可以平滑降级，即使在遭受干扰或者传输距离超过标准允许的范围后，画质只是逐渐下降而不是损失全部的信息。这使其能够适应为CVBS而准备的布线系统，便于现有监控系统平滑升级至高清。 

另一方面，现有CVBS系统中色度信号与亮度信号处于一个频带，这使其兼容早期的黑白模拟广播系统。然而亮色频带重叠会产生亮色串扰的问题。因而在模拟高清传输系统通常采用频分复用的方式将亮度与色度信号分离，从而避免了两者的互相干扰。 

然而，aCVi与HDCVI标准内，这一分离并不彻底：U/V两个色差分量信号通过正交调制的方式合成为一个色度信号，并在同一个频带上传输。而发送端与接收端的副载波相位误差会使得两个色差信号在接收端无法完全分离，两者的互相混合造成传输图像偏色，类似的问题在NTSC标准上就已经存在。PAL(PhaseAlternatingLine，逐行倒相)则采用副载波逐行倒相的方式部分的解决了这个问题，然而这一优点却是以损失色度竖直分辨率为代价换得的。 

另一方面，HDCVI与aCVi为亮度信号分配了很高的带宽，对于720p30的视频可以达到15MHz以上。如图1，由于调制方式的限制，副载波的频率必须高于亮度信号与色度信号的带宽之和。因此当副载波频率一定时，色度信号的带宽增加受限于副载波的频率。另一方面，副载波的频率又受限于线缆能够提供的带宽，过高的频率会显著的增加衰减。在实际应用中，线缆的衰减正比于其长度，导致其可提供的带宽随长度增加而逐渐下降。虽然较短的线缆可以提供高的可用带宽，但副载波频率却出于兼容考虑不能灵活的变化。为了适应长线缆较小的可用带宽，副载波频率只能取一个较低的值，例如HDCVI在720p30模式下副载波频率为21MHz。除去亮度占据的15MHz以及亮度与色度间保护频宽后，色度带宽被限制在一个较低的值，例如3或者4MHz，仅相当于亮度信号的1/4。这会造成色彩渗漏与边缘假色，限制了图像质量的进一步提升。 

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种视频传输方法，在保持现有模拟高清传输优势的同时，克服了现有技术在色差信号传输上的缺点，能够更好的适应各类信道的特性，提高画质，并增加传输距离。 

本发明的视频信号传输方法，包括以下步骤：输入一视频信号； 

将所述视频信号分解为亮度信号与色差信号；分别处理所述亮度信号与色差信号，并将处理后的亮度信号与色差信号叠加，转换为模拟信号后进行传输；其特征在于处理所述色差信号的步骤中进一步包括：通过一色 差分离模块自所述色差信号中抽取出一第一色差分量信号与一第二色差分量信号；将所述第一色差分量信号与第二色差分量信号送入缓冲暂存；通过一色差重排列模块从所述缓冲中取出所述第一色差分量信号与第二色差分量信号，并将其合并为一复用色差信号；通过一VSB-AM调制器调制所述复用色差信号，消除下边带的大部分从而获得一色度信号，以获得更高的频带利用率。 

本发明的进一步改进在于：将所述第一色差分量信号与第二色差分量信号并为一复用色差信号的步骤中进一步包括：在所述第一色差分量信号与第二色差分量信号之间进行间隔采样以形成保护间隔。 

本发明的进一步改进在于：所述第一色差分量信号与第二色差分量信号采用时分复用方式进行传输。相比现有的技术方案，本发明在亮度传输上的效果类似。然而，本发明在色度传输上存在如下的优势： 

1.更长的传输距离：本发明中两个色差分量信号分时传输，相比同时传输，色度信号带宽需要加倍。但由于本发明色度信号传输一个残留边带信号而不是双边带信号，减少的下边带带宽以及允许亮度色度信号部分重叠的特性抵消了色度信号的带宽增加，使得本发明传输的视频信号总带宽与现有方案相当。但是，由于实际图像的色差信号的能量集中在直流附近，这使得调制后的色度信号能量集中在副载波附近。由于本发明具有更低的副载波频率，因而色度信号的大部分能量集中在更低的频率，这使得本发明的色度信号在同轴电缆信道上的衰减更低，其极限传输距离更长。 

2.更高的色度带宽：由于本方案的色度信号带宽不受到副载波频率的限制，因此在固定的副载波频率下可以自由选择色度带宽。对更高的色度信号带宽支持提升了传输视频的彩色清晰度，减少边缘假色与色彩渗漏。而在信道衰减增加时，高色度带宽信号仍可以平滑的方式退化至等价于低色度带宽信号的效果。进一步的，在发送端增加色差信号的带宽不会造成兼容性问题，接收机仍然可以以原有的方式接收。这使得增加色度带宽后完全后向兼容的平滑升级成为可能。 

3.更准确的色彩:本发明将两个色差分量信号进行分时传输，两者间不存在串扰。接收机副载波相位估计的误差在本发明中会对两个色差分量信号的幅值产生相同的影响，从而只造成色饱和度下降，不影响色调。其效果类似于PAL制CVBS传输，但不会损失色度竖直分辨率。 

附图说明

图1为aCVi的频谱结构，仅画出正频部分。 

图2为本发明方法中的一种频谱结构，仅画出正频部分，其亮度与色度频带完全不重合。 

图3为本发明的一种频谱结构，仅画出正频部分。亮度的过渡带与色度信号的通带部分重合。 

图4为本发明的一种频谱结构，仅画出正频部分。亮度与色度信号的通带部分重合。 

图5为本发明的一种频谱结构，仅画出正频部分。亮度的频带与色度信号的频带相重合。 

图6为本发明方法中色差信号处理步骤示意图。 

图7为本发明方法中两个色差分量信号之间保护间隔的频谱结构。 

图8为本发明方法中VSB-AM调制器装置结构示意图。 

具体实施方式

本发明对于高清视频信号的整体处理方式与现有技术类似：将输入的数字高清视频信号分解为亮度与色差信号，并分别进行处理，处理得到的色度信号与亮度信号叠加，并添加同步信号与音频/控制信号，最后转换为模拟信号通过同轴电缆进行传输。方式及装置均与现有常见的技术类似，不再赘述。 

本发明在亮度信号处理上也与现有常见的技术类似，均采用基带直接传输的方式，亮度信号不经过调制直接在信道中传输，一个低通滤波器可以被用于限制亮度信号的带宽以免与色度信号产生干扰。 

参阅图6所示，本发明的色差信号处理与现有技术不同的是，本发明首先通过一个色差分离模块从数字高清晰度视频信号中抽取两个色差分量信号，色差分量信号可使用但不限于常见的U/V或者I/Q等色差分量信号格式。而后两个色差分量信号经过一个缓冲，而后通过一个色差重排列模块，将每一行的两个色差分量信号按行合并为一复用色差信号。两个色差分量信号间加入保护间隔以避免符号间干扰带来的偏色。随后，复用色差信号通过一个VSB-AM(Vestigialsideband-amplitudemodulation,残留边带调幅)调制器，以VSB-AM方式调制到设定的副载波f_sc上以获得色度信号。复合色差信号的下边带的大部分在调制过程中消除掉。VSB-AM调制器具有多种可行的实施方式，可以在将复合色差信号加载到副载波之前或者之后或者混合的方式进行调制操作；进一步的，还可以选用希尔伯 特变换等多种方式对复用色差信号进行调制，具体实施例中可以根据应用选择适当的方式，本发明不对此进行限制。 

本发明形成的视频信号的频谱如图2、图3、图4、图5。同步头，色度副载波插入等处理方法与装置可使用现有技术的方案，本发明对此不进行限制。 

首先如图2所示，在本发明的处理方法中，亮度与色度频带可以完全不重合；进一步的，本发明同样不限制亮度/色度信号的频带必须完全分离。一般的，本发明允许亮度信号与色度信号的通带部分重叠，如图3/图4。通常的实施例中这意味着亮度低通滤波器的过渡带可以与色度信号通带部分重叠，如图3，这可以降低亮度信号低通滤波器的复杂度，并可以降低最终模拟视频信号的总带宽。此时接收机可以在解调前用滚降滤波器滤除重叠部分，从而可以在不损失色度信息的情况下避免亮色串扰。但在特定情况下发送端存在部分通带重叠也是允许的。如图4，此时接收机仍然可以滤除重叠部分以避免亮色串扰，仅会损失部分的亮度带宽，不损失色度信息。这一特性由于本发明采用的VSB-AM调制方式使其成为可能，现有技术无法做到。进一步的，即使在亮度/色度两者频带完全重叠的情况下(图5)，本发明仍然能够实施，接收机需要一个梳状滤波器将亮度/色差信号分离，会引入一些亮色串扰但其实施例具有特别低的带宽占用，在某些特定的场合下这也是可行的方案。 

以下结合一具体实施例来进一步描述发明的方法，本实施例描述了一个适用于720p30格式高清晰度视频信号的传输方案。其中亮度信号带宽为15MHz，色度信号带宽为6MHz，副载波频率为17MHz，残留边带带宽为1MHz。所传输的两个色度分量信号带宽均为3MHz行频为22.5kHz，每行总采样点数为1650点，有效点数为1280点，每帧总扫描线750行，有效行数720行。除色度处理部分以外，实施例的其余部分实现方式类似aCVi720p30格式发送装置，不再赘述。 

本实施例中色彩分量信号1与色差分量信号2格式选择为U/V。色差分离模块将输入的BT.1120格式720p30数字高清晰度视频信号的色差信号解交织获得Cb/Cr两个数字色差分量信号，而后进行色彩空间变换为U/V两个色差分量信号，并进行一次低通滤波以限制其带宽至3MHz，从而获得色差分量信号1与色差分量信号2。而后色差分量信号1与色差分量信号2被送入缓冲暂存，配合图7所示，色差分量信号1与色差分量信号2传输时采用时分复用的方式。色差重排列模块从缓冲中依序取出色差分量信号1与色差分量信号2，并组合为复合色差信号，两个色差分量信号 之间间隔32个采样作为保护间隔，如图7所示，因此相对于亮度信号，色差分量信号1的有效采样点提前32个采样。加入保护间隔以避免符号间干扰带来的偏色。 

进一步的，本实施例中，VSB-AM调制器采用先调制后高通滤波的方式进行，复合色差信号经过AM调制后获得AM调制的复合色差信号。而后AM调制的复合色差信号通过一个数字高通滤波器消除下边带的大部分获得所需的色度信号。 

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。 

Claims (3)

1.一种视频信号传输方法，包括以下步骤：

输入一视频信号；

将所述视频信号分解为亮度信号与色差信号；

分别处理所述亮度信号与色差信号，并将处理后的亮度信号与色差信号叠加，转换为模拟信号后进行传输；

其特征在于处理所述色差信号的步骤中进一步包括：

通过一色差分离模块自所述色差信号中抽取出一第一色差分量信号与一第二色差分量信号；

将所述第一色差分量信号与第二色差分量信号送入缓冲暂存；

通过一色差重排列模块从所述缓冲中取出所述第一色差分量信号与第二色差分量信号，并将其合并为一复用色差信号；

通过一VSB-AM调制器调制所述复用色差信号从而获得一色度信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于将所述第一色差分量信号与第二色差分量信号并为一复用色差信号的步骤中进一步包括：

在所述第一色差分量信号与第二色差分量信号之间插入保护间隔以避免符号间干扰。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一色差分量信号与第二色差分量信号采用时分复用方式进行传输。