CN1041856A - 合成和分离图象信号组成分量的设备 - Google Patents

Abstract

对图象信号亮度分量进行处理以产生各组内具有成组的在空间中彼此互不相容的等值图象象素的亮度分量。在一实施例中，各组包含在一场内彼此相隔1H的垂直均化象素。在另一实施例中，各组包含在一帧内彼此相隔263H的垂直均化象素。色度分量也作了类似处理。经处理的亮度和色度分量用将信号相加和相减进行合成的可逆算法进行合成。译码器则用合成算法的逆算法将合成信号分离成亮度和色度分量的各组成部分而不致产生亮度串色现象。

Description

本发明涉及一种对待合成的诸如NTSC（平衡正交调幅）制图象信号的亮度分量和色度分量之类的图象信号分量进行编码以便于对这类分量进行分离而不致产生人为串扰的设备。

众所周知，NTSC制电视信号的基带亮度分量和基带色度分量在其处于频率交错的情况下并不总是可以将两分量分离而不致产生象人为的串色和串光之类的人为串扰现象的。人为的串色现象是由于亮度信息产生色度污染所致，这是在存在对角线高频亮度信息时在图象的一些部分出现闪烁的彩虹般花纹，就象衬衫上条纹一样。人为串光现象有时也叫做人为的“倾斜斑点”，在采用梳状滤波器式的亮度/色度信号分离器的系统中可以看到这种现象。串光是由于色度信息特别是在图象的垂直跳变区产生污染引起的。

系统中有两处能产生人为的串色和串光现象。首先，在电视接收机中色度/亮度信号的分离不完善或不恰当时会导致把亮度认作色度或把色度认作亮度。引起人为的串色和串光的另一方面在于编码过程本身，该过程使亮度分量和色度分量的频率交错起来。

迄今已经提出了在电视接收机中通过减少人为的串光/串色现象改善亮度分量与色度分量的分离情况的各种方法。这些方法有些是采用行、帧和场的梳状滤波器对信源和接收机进行处理的方案，如C.H.斯特罗尔在1986年8月的《SMPTE（美国电影电视工程师协会）杂志》题为“对经改良的NTSC制色度/亮度信号分离过程的协同处理”的文章中所介绍的那样。此外法罗札等人在1987年8月的《SMPTE杂志》上题“改进NTSC制使其达到接近红绿蓝的特性”的文章中公开了另一种用多维梳状滤波器在合成之前对亮度和色度信息进行前置滤波的系统。

过去提出的旨在消除人为的串光/串色现象的方法在实用中具有一个或以上的缺点，这些缺点，举例说，或者与在适应运动机构的处理系统中必须要经过人工转接过程有关，或者与从存储要求和滤波器分接头数目来看的滤波复杂性。本说明书所公开的亮度/色度信号分离系统在编码和译码过程匹配的情况下采用了协同处理技术。本说明书所公开的系统其亮度/色度信号在垂直和瞬时垂直方向的分离效果有所改善，且图象劣化情况达到最小程度，同时避免了现有系统的许多缺点。此外，这里所公开的系统与现行的NTSC制式兼容。

根据本发明的原理，信号分量是在图象信号编码器处加以处理，以产生成组的第一分量，第一分量的各组中具有互不相容的等值图象象素，且由奇数个图象扫描行所隔开。同样，另一个信号分量经处理产生成组的第二分量，第二分量各组中具有互不相容的等值图象象素且由奇数个图象扫描行所隔开。经处理的第一和第二分量是用一种可逆算法进行合成的。在译码用合成算法的逆算法将合成信号在无串扰分量的情况下分离成其经处理的第一组成分量和经处理的第二组成分量两部分。

在本发明所例示的实施例中，各组包括一对彼此相隔一水平扫描线（1H）并在垂直方向上均化过的象素，它们在空间上相关，亮度信息则只有当频率超过垂直细节频带时才加以处理。可逆合成算法是将亮度分量与对色度副载波调幅的色度分量相加和相减进行合成的。在本发明例示的另一个实施例中，各组包括一对彼此相隔263H的经均化过的并在空间上有相互关系的象素。

图1举例说明了本发明的一个实施例采用1H扫描行间隔编码法的亮度/色度编码技术。

图2是实施图1技术的设备方框图。

图3和4详细地示出了图2设备的各方面。

图5举例说明了本发明另一实施例采用263H场间隔编码法的亮度/色度编码技术。

图6是实施图5技术的设备方框图。

图7和8详细地示出了图6设备的各方面。

图9更详细地示出了图2设备的一部分。

图1例示了将一般的NTSC制电视信号的亮度和色度分量在发射机处进行编码在接收机处进行译码的一个过程。图1中，可以看到编码之前的奇数象场具有与奇数水平图象扫描行有关的交错基带亮度（Y）信息（以Y₁、Y₃、Y₅、Y₇等表示）和与奇数水平图象扫描行有关的交错基带色度（C）信息（以C₁、C₃、C₅、C₇等表示）。在某一给定帧的各奇数场（和图中未示出的偶数场）内，彼此间隔1H在空间上有相互关系的象素其彼此互不相容非重叠的各组系通过在垂直方向上对诸行对进行均化然后用各象素组内的平均值代替原来的象素值来进行处理的。该处理是分别对亮度信息和色度信息进行的。对所有色度的水平频率都要进行均化处理，但对亮度水平频率则只有当该频率在大约1.8兆赫以上时才进行均化，其目的是保留大约1.8兆赫以下的垂直细节信息。经均化了的色度信息在按标准方式与经均化了的亮度信息混合以形成复合基带彩色图象信号之前对在一个场内行与行之间相位相反的3.58兆赫色度副载波进行调制。然后再将经调制的色度信号与处理过的亮度信息混合。色度信息所表现的因副载波调制而产生的行间反相现象在各组经混合的亮度/色度信息内产生相加和相减合成的亮度和色度信息。合成方法的这种将亮度/色度相加和相减进行合成的方式（例如Y₁₊₃±C₁₊₃）就是一种可逆的算法，它有利于亮度和色度信息在接收机进行分离。更具体地说，色度副载波相位的变化要使象帧内彼此间隔262H的各取样行间调制色度信号的相位相同，但对一场内彼此相隔1H和一帧内彼此相隔265H的奇数行取样的调制色度信号的相位相反。这种行间产生的相变使该可逆加减法可以进行减法运算。

在电视接收机处进行的译码采用场内行对译码法。将接收到的编码复合信号分离成高低水平频带。在高于大约2兆赫的频率下将含有彼此相隔1H的行对的彼此互不相容不重叠的各组加起来以生成高频亮度信息，同时将该组相减以生成调制色度信息。将高频亮度信息加到低频亮度信息上以重新构成亮度信号，经调制的色度信息则按标准方式进行解调。可以看到，图1的1H行对处理系统在垂直方向的亮度-色度分离有所增强。在进行行对译码（Y₁₊₃，Y₅₊₇等）之后产生的亮度信号不含人为的串色现象，在行对译码（C₁₊₃，C₅₊₇等）之后产生的色度分量没有人为的串光现象。编码过程中所采用的行对均化过程对图象清晰度的影响由于在一场内彼此相隔一行或在一帧内彼此相隔一场的图象信息的相关性高，因此可忽略不计。

图1的编码/译码过程可如图2所示的那样实施如下。在发射机译码器中，彩色电视信号源10（例如包括一彩色摄像机）以数字形式提供亮度分量Y和色差信号色度分量I和Q。亮度分量由1.8兆赫的水平低通滤波器12进行滤波，产生低频亮度信号YL。信号YL经倒相器14倒相后在加法器16中与原来的亮度信号（Y）混合形成高频亮度信号YH。延迟匹配装置（18）对滤波器12的延迟进行补偿，以使在加法器16中混合的各信号的过渡时间相等。含高于大约1.8兆赫的亮度频率的信号YH如上面结合图1所论述的那样由处理器20进行一场内的1H行对均化处理。来自处理器20的信号YH′与来自1H行延迟网络21输出端的低频亮度信号YL′进行混合。

来自信源10的I和Q色差信号分量分别在装置26和28中进行1H行对均化处理之前分别由0.5兆赫低通滤波器22和1.3兆赫低通滤波器24进行滤波。来自装置26和28的行对均化色度信号I′和Q′加到一标准NTSC制调制器30上以便对3.58兆赫的色度副载波SC进行正交调制。装置30中装有延迟匹配网络，用以在对色度副载波进行调制之前使来自装置26和28的色差信号的过渡时间相等。来自调制器30的已调色度信号C′行行之间的相位相反，且在加法器33中与来自加法器32的信号Y′混合形成NTSC制输出信号，该信号经由适当的发送设备（例如包括射频调制网络）传送到电视信号接收机中。行识别信号F_L由行识别网络11供应到装置20、26和28的开关控制输入端上。网络11响应亮度分量Y，特别响应亮度分量Y的同步信号。信号F_L连同由接收机行识别网络41根据所收到的NTSC制信号提供给接收机网络48的类似信号F_L'一起确保行编码和译码过程与同一个行对同步发生。适宜作为网络11和41的设备如图9所示。

在电视信号接收机处，在进行射频解调和有关的一般输入处理以产生基带信号（图中未示出）之后，NTSC信号用2兆赫低通滤波器40加以滤波，以产生低频亮度信号YL′。滤波器40的2兆赫截止频率连同译码滤波器12的1.8兆赫截止频率一起产生200千赫的保护频带以减少串扰。信号YL′经由倒相器42倒相之后在混合器44中与所收到的全带宽NTSC信号混合产生高于2兆赫的高频视频信号。延迟网络46补偿着滤波器40所表现的延迟并使装置44所混合的信号的过渡时间相等。来自混合器44的高频信号由均化和差分装置48进行处理，该装置处理彼此间隔1H的行对，以便将输入信号分离成高频亮度和色度分量YH′和C′。低频亮度信号YL′通过装置50延迟1H行之后在加法器52中与高频亮度信号YH′混合以产生全带宽度信号Y′。

来自装置48的已调色度分量C′被传送到装置54′由装置54提供延迟匹配并进行正交调制，以产生色差信号I′和Q′。信号I′和Q′由包括例如增益控制电路和相移电路的色度处理器56进行处理，同时亮度信号Y′由图示包括增益控制电路和电平偏移电路的亮度处理器58进行处理之后加到矩阵60，以便将亮度信号与色度信号混合以产生表示红、绿、蓝色图象的信号R、G和B。显示激励级62将这些信号放大到适宜激励图象显示显象管64的电平。

图3示出了适用于图2编码电路的装置20、26和28的一个行对均化器电路。输入信号由垂直低通滤波器70进行滤波，滤波器70的作用是减少某些斜纹布景材料可能产生的人为折叠现象。滤波器70可有可无。经滤波的输入信号由1H行延迟装置72耦合到均化网络74的输入端A，并直接耦合到均化网络74的输入端B。来自网络74经行均化的信号直接耦合到行频多路转换器（MUX）76上，并经由1H行延迟电路78耦合到MUX76的另一个输入端上。来自网络11的信号F加到MUX76的开关控制输入端。

图4示出了图2中的行对均化器/差分器48的细节。装置80在输入端A经由1H行延迟装置82接收行延迟形式的输入信号，并在输入端B接收输入信号本身。平均信号（A+B）/2在一个输出端产生，差值信号（A-B）/2在另一个输出端产生。来自装置80的1H行延迟和不延迟形式的均化信号经由行频MUX83和垂直低通滤波器84传送到一输出端，信号YH即在该输出端上产生。来自装置80的1H行延迟和不延迟形式的差值信号经由行频MUX86和垂直带通滤波器88传送到一输出端，色度信号C即在该输出端产生。信号F_L加到MUX83和MUX86的开关控制输入端上。输出滤波器84和88可有可无，其主要作用与图3中的滤波器70相同。

图5举例说明了另一种在发射机对普通的NTSC制电视信号的亮度和色度分量进行编码在接收机对同一分量进行译码而不产生亮度/色度串扰的方法。图5所示的方法与图1的类似，只是在图5中采用的不是1H行对处理法而是263H场对处理法。

在图5中，各奇数场包含与奇数水平图象扫描行Y1、Y3等有关的交错基带亮度信息和有关的交错基带色度信息C1、C3等。各偶数场包含与偶数水平图象扫描行Y2、Y4等有关的交错基带亮度信息以及有关的交错基带色度信号C2、C4等。在各帧内，彼此间隔263H的行对的处理得使彼此间隔263H彼此互不相容的不重叠的象素组在垂直方向上均化，以各均化值代替各组内的原值。这个过程是分别对亮度和色度信息进行的。均化处理是对所有的色度水平频率进行的，但对亮度水平频率则对大约1.8兆赫以上的进行均化处理，其目的是保留大约1.8兆赫以下的亮度垂直细节的信息。经均化的色度信息对行间相位相反的3.58兆赫色度副载波进行调幅，然后与经均化的亮度信号以标准方式混合，形成基带彩色图象信号。已调色度信号因色度调制过程所显示出的行间反相现象在各组经混合的亮度/色度信息中使亮度信息和色度信息相加和相减进行混合。和图1系统中的情况一样，亮度/色度相加和相减的组合就是有利于亮度/色度在接收机进行分离的可逆算法。

在接收机的译码过程大致上与结合图1的电路叙述的译码过程相同，只是图5的电路中采用了在一帧内进行的263H场对译码方法。从图5的场对处理系统可以看出亮度与色度在瞬时垂直方面的分离有所改善，没有人为的串色或串光现象。

图5的编码/译码过程可按图6所示的那样实施。图6的电路与图2的类似，只是图6采用263H场处理网络120、121、126、128、148和150而不是1H行处理网络，采用场识别网络而不是行识别网络来产生场识别信号F_F和F_F′。

图7示出了适用于图6的译码场对均化网络120、126和128的263H场对均化器网络。图8示出了适用于图6的译码器网络148的场对均化器/差分量。图7和8的设备与图3和4的设备类似，只是图7和8的设备采用263H场对处理装置而不是1H行对处理装置。

图9示出了适宜作为图2的网络11和41的设备。输入信号（例如在发生器11的情况下为亮度分量Y）加到同步分离器和计时信号发生器160上。发生器160包括同步信号分离器和检测电路以及计数器电路，用以产生加到行计数器165的时钟（CLK）输入端的水平消隐期信号，并用以产生加到行计数器165的复位输入端的垂直消隐期信号。计数器165在各垂直消隐输入信号终了时复位，然后根据时钟输入水平消隐信号引发水平行计数过程。输出信号是通过检测行计数值的最小有效位以便例如产生偶数行的低逻辑电平和奇数行的高逻辑电平。适宜用作图6中所示的场识别网络以产生场识别信号F_F和F_F′的设备不难按例如杰拉尔德A·伊斯门著的“电路基本原理”一书第88-92页（美国俄勒冈州，比弗顿，德克特罗尼克斯（Tektronix）公司出版）所述的方法制造。

本发明的原理可用以对本说明书所公开的亮度和色度分量以外的信号进行编码，以便进行组合，然后分离。在这种情况下，其中一个待组合的信号其在一个场内或一个帧内各行间的相位应该变化（即应具有大致上是负的相互关系），以便制定象所例示的采用加减信号组合的可逆算法。所要求的相位变化可以是这类信号本身所固有的，也可以借助于外部装置（例如调制过程）产生。

本发明的原理也可用以构成待分组的各元件系彼此相隔525H，即彼此相隔一个帧而不是如所例示的1H或263H的帧处理器偏码器/译码器协作电路。

Claims (23)

1、一种对图象信号的第一和第二分量进行编码的系统，其特征在于：

装置(12，16，18，20，21，22)，用以提供经处理不包括所述第二分量的第一分量，第一分量具有由奇数图象扫描行隔开的互不相容等值图象象素的各组，

装置(22，24，26，28)，用以提供经处理不包括所述第一分量的第二分量，第二分量中具有由奇数图象扫描行隔开的互不相容等值图象象素的各组，所述第二分量的相位在一个图象扫描行上的与另一个图象扫描行上的相反；和

装置(33)，用以采用可逆算法将所述经处理的第一和第二分量组合以产生合成的编码视频信号。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一分量是个亮度信息分量，所述第二分量是个色度信息分量。

3、根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述各相应组的信息象素由一象帧内的奇数个图象扫描行所分隔。

4、根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第一分量组和所述第二分量组分别含有从由一图象扫描行（1H）所分隔的象素所获的信息。

5、根据权利要求4所述的系统，其特征在于，各相应组内的所述诸象素的所述等值是通过用均化-扫描场中彼此相隔1H的象素得出的象素值代替原来的象素值取得的。

6、根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第一分量组和所述第二分量组分别含有从由一帧内为263H所分隔的象素中所获的信息。

7、根据权利要求6所述的系统，其特征在于，各相应组内的所述诸象素的所述等值是通过用对一象帧内彼此相隔263的各象素均化得出的象素值代替原来的象素值获得的。

8、根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述经处理的第一分量含有不包括低频信息在内的高频信息。

9、根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述经处理的高频亮度信息基本上不包含垂直细节信息。

10、根据权利要求1或2所述的系统，其特征还在于其用所述第二分量对载波信号进行调制以产生所述相反相位的装置（30）。

11、根据权利要求10的系统，其特征在于，所述合成编码图象信号包含a）所述经处理的含有所述调制载波的第二分量;b）含有不包括低频信息在内的高频信息的所述经处理的第一分量，和c）所述低频信息。

12、一种接收权利要求1或2的经组合的编码信息的系统，其特征在于：

装置（48），采用所述可逆算法的逆算法，用以将所述经混合的编码图象信号分离或其经处理的第一分量和第二分量的组成部分;和

装置（52，54），用以将所述经分离和处理的分量传送到一图象信号处理通道（56，58）上。

13、根据权利要求12所述的系统，其特征还在于：

选频装置（40），用以将所述收到的混合编码信号分离成低频和高频分量;和

装置（42，44），用以将所述经分离的高频分量传送到所述分离装置上，以便从所述经分离的高频分量获取所述经处理的第一和第二组成分量。

14、根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述分离装置（48）包括信号加法处理装置和信号减法处理装置。

15、一种接收图象信号用的系统，该图象的第一分量与第二分量混合，第一分量为奇数个图象扫描行所分隔的各组内具有互不相容的等值图象象素，第二分量为奇数个图象扫描行所分隔的各组内具有互不相容的等值图象象素，所述合成的第二分量在一扫描行上的相位与下一个扫描行上的相位相反，所述系统的特征在于：

装置（40，42，44，46，48），用以将所述合成的第一分量与第二分量分开;和

装置（52，54），用以将所述分开的第一和第二分量传送到一图象信号处理通道中。

16、根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第一分量是个亮度信息分量，所述第二分量是个色度信息分量。

17、根据权利要求15或16所述的系统，其特征在于，所述分离装置（48）包括信号加法处理装置和减法处理装置（42，44）。

18、根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述分离装置（48）包括用以将彼此相隔-扫描行的象素组相加和相减的装置（48）。

19、根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述分离装置（148）包括将彼此相隔263H的象素组相加和相减的装置，其中H为扫描行的间距。

20、根据权利要求15或16所述的系统，其特征还在于：

选频装置（40），用以将所述收到的具有所述合成的第一和第二分量的图象信号分离成高频和低频分量;和

装置（44），用以将所述合成的高频分量传送到所述分离装置（48）上，以提供经分离的高频第一分量和经分离的第二分量。

21、根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述分离装置（48）包括信号加法处理装置和减法处理装置。

22、根据权利要求20所述的与权利要求16有关时的系统，其特征还在于：

装置（52），用以将所述经分离的高频亮度分量与来自所述选频装置（40）的所述低频分量进行混合以产生合成信号;

亮度信号处理装置（58），用以接收所述合成信号;和

色度信号处理装置（54，56），用以接收来自所述分离装置的所述色度分量。

23、根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述色度信号处理装置包括色度解调装置（54）。

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