CN1051835A - 自适应多标准视频梳状滤波器 - Google Patents

Abstract

用于对例如NTSC和/或PAL视频信号梳状 滤波的多方式梳状滤波器，它包括用以同时提供代表 三个相邻水平行的视频信号的延迟装置；第一和第二 组合装置，它们与延迟装置连接，在NTSC和PAL 两种方式下提供隔行的1-H梳状滤波信号；与延迟 装置连接的控制电路，它产生一个控制信号用以自适 应选取隔行的1-H梳状滤波信号中的一个，或给两 个隔行的1-H梳状滤波信号适当地定比例关系以产 生一个输出的梳状滤波信号。

Description

本发明涉及用以处理视频信号的梳状滤波器。

众所周知，在视频信号处理中使用梳状滤波器特别有利于从全电视信号中分离亮度和色度分量，其原因就是分离出的亮度分量具有全带宽，例如对NTSC制信号为4.2MHz，而且交叉分量基本上可从分离出的亮度和色度两分量中消除。对于NTSC制视频信号，典型的帧内梳状滤波器包括用以将那些“在时间上移位一奇整数的水平周期的”信号进行组合的电路。由于色度副载波的相位逐行改变整180°，因此对那些移位一个行间隔的NTSC制视频信号进行加法性组合就会产生一个信号，在该信号内两行中的亮度分量在结构上相结合，而色度分量被抵销掉。反之，如果这些信号减法性组合，则亮度分量被抵销而两行的色度分量在结构上相结合。尽管亮度分量的垂直分辨率受到损害，但它还是可以接受的。

而PAL制信号的副载波每隔一个水平行周期呈现180°相位变化，因而，典型的帧内PAL制梳状滤波器对那些在时间上移位两个水平行间隔的视频信号进行组合。PAL制梳状滤波器的功能与NTSC制梳状滤波器的功能基本相同，但是由于被组合的信号在空间上移位两行，因此PAL制亮度分量的垂直分辨率明显地受损害而趋于不可接受。

Yoshimitsu  Nakajima等人在题为“Improvement  of  Picture  Quality  for  NTSC  and  PAL  Systems  by  Digital  Signal  Processing”（IEEE  Transactions  on  Consumer  Electronics”，Vol.CE-31，No.4，4，NoV.1989，PP.642-654）的文章中描述了自适应梳状滤波器，该滤波器对三个连续行视频信号的取样值进行组合。在这个系统内，NTSC制的实施例对那些在垂直方向上对齐的取样值进行组合，这与上文所述的典型的NTSC制和PAL制梳状滤波器相似。而PAL制的实施例对那些来自相邻行的在对角线方向上对齐的取样值进行组合。这倾向于保持亮度分量的垂直分辨率而降低对视频信号延迟的存储要求，但这往往对含有垂直行的图象有不利的影响。

简单的梳状滤波器往往在复合信号“行到行”存在差别的情况下在已分离的亮度和色度信号中引入交叉分量。然而，众所周知，这种交叉分量用自适应梳状滤波器处理就可以显著减少。

自适应梳状滤波器的实例在McNeely等人的美国专利4，786，963和Stratton的美国专利4，803，547中可以看到。在自适应系统中，提供来自多个相邻行的信号，将这些信号相互比较以确定那些信号在经过组合以提供梳状滤波器输出时会产生最符合需要的信号。

为了在制造视频信号处理元件时节省尺寸（缩减体积），生产可应用于例如NTSC制和PAL制信号系统的多标准的处理元件是很有利的。为了这个目的，需要有多标准的梳状滤波器。Shinichi  Nakagawa等人在美国专利4，727，415中描述了一种自适应多标准梳状滤波器系统。在该系统中，对于NTSC方式，该梳状滤波器自适应地将来自相邻行的视频信号的复合视频取样值进行组合以产生分离的亮度和色度分量。在PAL方式时，该梳状滤波器自适应地将移位两个水平行的复合视频取样值进行组合以产生分离的亮度和色度分量，这样，在PAL方式时存在着垂直分辨率的损失。

本文基于如下认识，即希望提供一种这样的自适应多标准梳状滤波器，该滤波器对于使用该系统的所有信号标准提供梳状滤波信号，既不带有不希望的产物，而且基本上不损失垂直分辨率。

按照本发明，提供一种梳状滤波器至少用以在第一方式下对NTSC制式信号和在第二方式下对PAL制式信号进行梳状滤波器。该梳状滤波器包括用以同时提供内含来自三个被分别指定为T（上）、M（中）和B（下）的相邻水平行信号在内的多个视频信号的电路。在第一方式下，“组合与控制”电路响应来自T、M和B行的信号的幅度、有选择性地将来自T和B行的信号从第一极性的意义上说与来自M行的信号相组合以提供一个梳状滤波器信号。在第二方式下，该“组合与控制”电路响应来自T、M和B行的信号的相对幅度，提供一个梳状滤波信号。该信号在上述第一极性意义上、也在第二极性意义上代表来自M行的信号与来自T和B行的信号已组合。

图1和图2分别示出NTSC制式和PAL制式信号而言来自三个水平视频行部分的视频取样的图形示意图;

图3和图4示出体现本发明的、可供选择的多标准自适应梳状滤波器的方框图;

图4A示出可被包括在图4电路中用来按比例提供替代的亮度信号的电路方框图;

图5示出图3和图4装置中元件26、28、30所使用的，示例性的可切换通带滤波器的方框图;

图6示出用以提供多个相对延时的和、差信号的电路方框图;

图7示出用以给图4中电路元件63提供用以自适应控制的控制信号K的电路方框图;

图8示出用以提供控制图4中电路元件65的控制信号Kch的电路方框图;

图9示出用以提供控制图4A中电路元件74的控制信号K的电路方框图;

图10示出用以产生替代的亮度信号的电路方框图。

本发明从总体上说是按照适应于数字化（脉冲编码调制，即：PCM）视频信号的数字处理硬件来描述的，但是，可以理解，在适当选择电路元件的情况下本发明既可实用于模拟的、也可实用于数字的视频信号。

参照图1，圆圈阵表示从三个相邻的水平行部分取样的NTSC制式视频信号的取样值。假定这些取样值是以四倍彩色副载波频率的速率取出的，取样信号的相位锁定在I或Q轴上（I和Q是正交相位的色差信号分量）。全黑圆圈表示当前欲产生的梳状滤波信号的取样点。由于这些取样值以四倍副载波的速率取得并且相位锁定在I或Q轴上，因此每个取样值只含有I或Q彩色信息。请注意，如果被使用的信号包括亮度和色度分量，则各自的取样值可表示为Y±I或Y±Q，其中Y表示亮度信息。为了避免混淆，在图1和图2中删掉了字母Y。

鉴于上述的取样方法，在垂直方向上对齐的取样值含有相同的色度分量，在垂直方向上相邻的取样值的相位则是相反的。假定取样值a、b、c具有相等数值，分别为（Y-I）a、（Y+I）b、和（Y-I）c。取样值B减取样值a将产生取样值为+2I，它表示具有合适相位的梳状滤波色度分量。同样，取样值b减取样值C得出取样值+2I。为产生第N行中代表取样点b的经梳状滤波的取样值，第N+1行或第N-1行中相应的在垂直方向上对齐的取样值都可与取样b相组合，选取与取样值b相组合的取样值的方法将在下文中讨论。请注意，图1中标注3和8的黑色箭头指明可以相组合来产生代表像素点b的经梳状滤波的取样值的一对样值。同样，用虚线表示的箭头指明一对样值，该对样值可以被组合来为沿第N行各个取样值产生梳状滤波取样值。在每个箭头旁边标注的数字1-10指明在自适应梳状滤波器处理过程中使用的样值对，这些样值对将在图6-10的描述中涉及到。例如样值对3包括样值a和b，样值对8包括值b和c。

图2表示从PAL制式视频信号的四行部分取出的样值。也假定这些PAL信号样值是以四倍彩色副载波频率的速率取得的。全黑圆圈表示当前正处理的视频信号的像素位置。U和V代表正交相位的色差信号。在这种情况下，取样信号的相位锁定在偏离U色差信号轴45°的彩色副载波上。其结果是，在每个样值情况下，色度分量包括由“两个色差信号而不只是两个色差信号中的一个或另一个信号”的影响。然而，可以看出在相邻行之间每隔一对样值的数值例如1、3、5、7等代表具有180°相位关系的相同色度分量。取样点（或像素）b的梳状滤波色度分量可通过样值a和b的减法性组合来得出。在第N行从左到右的五个像素中的每一个的梳状滤波色度分量都可分别通过将样值对1、7、3、9与5行减法性组合来得出。这种类型的梳状滤波信号在这里定义为“行交替减法性的梳状滤波信号”或称为LASCFS。如果图2的样值代表的信号是复合视频信号，则这种梳状滤波处理过程基本上消除亮度分量，除了行到行存在幅度变化的情况以外。

与NTSC情况不同，在垂直方向上相对的样值对不进行减法性梳状滤波，因为这些样值具有相同的色度相位。例如样值对8与相对样值对3具有相同相位，例如+（V-U）。因而如果由减法性组合的样值对3得出的梳状滤波信号有可能引入一种人为产物的话，人们就不可能简单地选取代表样值对8的减法性组合的一个样值来作为一个替代信号。

从标称意义上看，在由色度分量所占的频谱内，亮度分量的能量含量很小，因此，如果由图2的样值阵代表的信号只占有色度频带的话，则交替样值对（如6、2、8、4、10）可以进行加法性组合以提供一个替代的色度信号。交替的样值对6、2、8、4、10的加法性组合所代表的一组连续样值在这里被定义为“行交替加法性梳状滤波信号”或称为LAACFS。该信号包括低能量的高亮度分量。然而，由于与减法性梳状滤波信号中的潜在误差有关，因此替代加法性梳状滤波信号可能仍然是有利的，尽管它确实含有某些亮度信号。

如在NTSC情况那样，每个PAL样值中的相对幅度可以被监控，以便自适应选择LASCFS或LAACFS中之一作为欲提供的输出信号。当进行处理的硬件对于NTSC和PAL两种操作方式具有高度共用性时，能符合需要地作到这一切。

参照图3，图3示出一种自适应NTSC/PAL梳状滤波器的第一个实施例，用以提供一个经过梳状滤波的色度输出信号。在端子10上施加输入模拟信号，该信号可以是具有NTSC标准特性或PAL标准特性的调制副载波/载波的一个色度信号，或复合视频信号，端子10连接到模/数转换器（ADC）12，也连接到取样信号发生器14。取样信号发生器14响应信号N/P（该信号N/P由一个用户操作的开关或一个自动标准检测器（图中未画出）来提供），得出一个其频率为四倍副载波频率的取样信号。发生器14可以包括NTSC锁相环路（N  PLL）和PAL锁相环路（P  PLL），它们分别由信号N/P来选定。并且它们响应副载波和产生取样信号。N  PLL得出的取样信号其相位在标称上对准副载波的一个正交轴。P  PLL得出的取样信号其相位对准偏离副载波一个正交轴45°处。此外，发生器14包括用以产生PAL转换信号的电路，在相隔（alternate）水平行周期内该信号是逻辑“高”，在居中（intervening）水平行周期内为逻辑“低”。取样信号的频率在分频器15中除以2后加到异或门（XOR）16的一个输入端上。PAL转换信号加在XOR门的另一输一端上，XOR门16的输出信号与该取样信号同步，但其速率为该取样信号速度的一半，其“行到行”具有相反的相位。该信号用于PAL方式以便沿一水平行选择交替的样值。XoR门16的输出信号和控制信号NIP分别加到或门（oR）18的两个输入端上。在这个和下一个实施例中，假定控制信号N/P对于NTSC和PAL操作方式分别呈现逻辑“1”和逻辑“0”。因而，在NTSC方式时oR门18输出为逻辑“1”，而在PAL操作方式时使XoR门16输出的信号通过。

ADC  12响应发生器14的取样信号，以四倍副载波的取样速率产生输入信号的脉冲编码调制（PCM）代码例如二进制码。该PCM样值加到延迟线20上，该延迟线几个抽头，用以对NTSC信号和PAL信号提供一和两个水平行间隔延迟的信号（910和1820个NTSC取样周期和1135和2270个PAL取样周期）。（1-H）NTSC和（1-H）PAL抽头与第一复用器（MUX）22连接，（2-H）NTSC和（2-H）PAL抽头与第二复用器24连接。复用器22和24响应控制信号N/P，为NTSC或PAL操作方式提供来自适当抽头的已延迟的信号。加到延迟线20的输入样值和来自复用器22和24的已延迟的样值分别对应于来自三个相邻视频行在垂直方向上对齐的样值，如在图1和图2中用样值c、b、a所示的。

由ADC  12和复用器22和24输出的信号样值分别耦合到可切换的带通滤波器（SBPF）26、28、30。带通滤波器26、28、30只让色度信号通常占有的频带内的信号通过，并且响应控制信号N/P来选取合适的NTSC或PAL色度频带。图5示出可用于滤波器26、28、30的一个示例性的SBPF。这是一个简单的设计，无需赘述。方框2T的延迟元件以两个取样周期延迟样值。标有十进制数字的方框是加权电路，用以按照各自的十进制系数给样值定标。请注意，图5滤波器的电路既包括一个低通输出（LPF）也包括一个带通输出（BPF）。BPF输出提供用以组合后形成梳状滤波器信号的样值。LPF输出用于自适应控制电路。

再来参照图3，SBPE滤波器26和28的BPF输出分别被耦合到复用器32和34的各自输入端上。SBPF  28的输出端与组合电路46的第一输入端连接，复用器32的输出端通过定标电路40和极性转换电路44与组合电路46的第二输入端连接。复用器34的输出端通过定标电路42与组合电路46的第三输入端连接。定标电路40和42都响应控制信号K、分别用K和（1-K）来给样值定标，这里，K在标称上等于0与1（含1）之间的数值。K值由自适应K控制电路36来提供，该电路响应滤波器26、28和30输出的信号。极性转换电路44响应“方式控制信号”N/P，在NTSC方式下让不变的样值通过，在PAL方式下使样值互补。

在NTSC操作方式下，复用器32和34由或门18提供的信号设定“方式”，它们分别让SBPF  26和30输出的样值通过。参照图1并考虑像素b，希望的梳状滤波输出是（b-a）、或（b-c）、或更为一般地用下式表示：

OUT＝K（b-c）+（1-K）（b-a）  （1）

式中K的范围从0到1。当SBPF  28提供代表像素b的样值时，SBPF  26和30就提供样值c和a。由定标电路40和极性转换电路44提供的样值是（K）c，由定标电路42提供的样值是（1-K）a。组合电路46使信号b、（1-K）a和Kc按照下面的关系式组合：

OUT＝b-Kc-（1-K）a  （2）

可以看出该式与式（1）相等。

接下去考虑PAL方式，假设代表图2第N行的梳状滤波样值产生了。在这种情况下极性转换器44由“方式控制”信号N/P来定“方式”，以互补施加的信号。复用器34由或门18提供的信号设定“方式”，让来自第N-1和N+1行的隔行样值通过，尤其是让由箭头1、7、3、9、5等标准的第N-1和N+1行的样值通过。复用器32设定“方式”后让第N-1和N+1行内居中的样值尤其是由虚线6、2、8、4、10等标注的样值通过。在这一瞬间，样值b由SBPF  28来提供，样值a由复用器34提供，样值c由复用器32提供。所需的输出响应是（b-a）、或者（b+c）、或更为一般地用下式表示：

OUT＝K（b+c）+（1-K）（b-a）  （3）

式中K的范围从0到1（含1）。由定标电路42提供的样值是（（1-K）a，而定标电路40和极性转换电路44提供的样值是-Kc。组合电路46将样值b、（1-K）a与-Kc按照下式组合：

OUT＝b-（1-K）a+Kc  （4）

可以看出该式与式（3）相等。

图3的实施例安排给样值定标，然后在单一的组合电路中对样值组合以产生梳状滤波样值。图4所示的另一个实施例被安排成用以得出替代的梳状滤波样值，然后按比例地组合这些替代的梳状滤波样值，以得出所需的输出样值。在图4所示的电路中元件标号与图3中元件标号相同的元件都是相同的元件并且执行相同的功能。

参照图4，在PAL操作方式下，极性转换器64只被确定用以互补样值的“方式”。任选定标电路65只在PAL方式下工作，并且假定在NTSC方式下它是短路的。

现在考虑NTSC操作方式并参照代表图1中像素a、b、c的样值。SBPF  28提供样值b时，复用器32和34分别提供样值c和a。来自SBPF28的样值b被耦合到两个减法器电路60和62的各自的被减数输入端。分别来自复用器32和34的样值c和a相应地耦合到减法器电路60和62的减数输入端。减法器60得出“替代的梳状滤波样值”（b-c），减法器62得出“替代的梳状滤波样值”（b-a）。这两个梳状滤波器样值（b-c）和（b-a）都加到“定标与组合”电路63，根据下式关系得出输出色度梳状滤波样值OUTPUT：

OUTPUT＝K（b-c）+（1-K）（b-a）  （5）

在PAL操作方式下，复用器34产生来自第N-1和N+1行的隔行样值，这些隔行样值的相位与在垂直方向上对齐的第N行样值的相反。复用器32提供隔行地来自第N-1和N+1行的居中的样值，这些居中的样值的相位与相应的在垂直方向上对齐的第N行的样值的相同。减法器电路62提供一个“行交替减法性梳状滤波信号”LASCFS。减法器60借助于其减数输入通路上的极性转换电路64的输出，该减法器提供一个“行交替加法性梳状滤波信号”LAACFS。信号LASCFS和LAACSF在电路63中按比例组合以产生下式给定的输出组合滤波信号OUTPUT：

OUTPUT＝（1-K）（LASCFS）+K（LAACSF）  （6）

式中K的范围从0到1。特别是在第N行（图2）出现样值b的期间，LASCFS＝（b-a），LAACSF＝（b+c），因而

OUTPUT＝（1-K）（b-a）  （7）

这就是所需的信号。

在LAACFS通路中可以包括任选的定标电路65，以便在宽度分量比色度分量大时衰减LAACFS信号。在色度的不存在而亮度存在时希望把衰减LAACSF所用的定标系数Kch取值趋于零，而在色度高、亮度低时，使该系数取值趋于1。定标系数Kch的产生将在下文参照图6、7、8予以描述。

图3和图4的电路都得出自适应梳状滤波色度信号。若干输入给ADC  12的信号是全电视信号而且也希望得到分离出的亮度信号的话，则梳状滤波色度信号可从复用器22得到的全电视信号中减去。这部分已由图4A中的元件70至72例示。也可能还希望根据替代的梳状滤波的亮度信号自适应地产生亮度信号，这由图4A中元件74例示。在图4A中，辅助亮度信号和减法器70输出的经过梳状滤波的亮度信号被耦合到组合电路74的各自输入端上。组合电路74响应“自适应控制”信号KL，并将减法器70输出的经过梳状滤波的亮度信号与辅助的亮度信号分别按（1-KL）和KL的比例相组合，以产生亮度输出信号。控制信号KL值的范围从0到1。关于该控制信号KL和该辅助的亮度信号的产生将在下文参照图9和图10以予描述。

“自适应控制”信号K按如下方式产生：

在NTSC方式下，要产生在第N行与第N-1行之间色度变化（CC[N，N-1]）与在第N和N-1行之间以及第N和N+1行之间的色度变化之和（CC[N，N-1]+CC[N，N+1]）的比值，这里CC表示色度变化。色度变化CC[N，N-1]被定义为样值对2、3和4之间的最大差值，色度变化CC[N，N+1]被定义为样值对7、8和9之间的最大差值。由于每对各自像素的相位关系大致为180°，因此通过每对样值求和可以计算出相当准确的色度变化。若将样值对2、3、4的和数分别指定为S2、S3、S4，则

CC[N，N-1]＝[MAX（｜S2｜，｜S3｜，｜S4｜）]  （8）

公式的右项被定义为各和数S2、S3、S4的绝对值的最大值。同理，

CC[N，N+1]＝[MAX（｜S7｜，｜S8｜，｜S9｜）  （9）

于是，上述比值为：

K_NTSC＝[MAX（｜S2｜，｜S3｜，｜S4｜）]/[MAX（｜S2｜，｜S3｜，｜S4｜）+MAX（｜S7｜，｜S8｜，｜S9｜）] （10）

该比值固有地被限定在0到1之间。在一较佳实施例中，可以看出，在产生该比值之前单独地对色度差CC[N，N-1]和CC[N，N+1]滤波是有益的。这将会减少信号噪声产物和降低误检测的任何颜色误差。在NTSC方式下没有最佳的梳状滤波方向。在K值大和K值小的情况下，对梳状滤波信号的主要影响分别来自第（N，N+1）和（N，N-1）行。

在PAL方式下，最佳的梳状滤波方向竟然提供LASCFS而不提供LAACFS。于是，在LASCFS方向上存在小的色度变化时，用以产生K的算法提供小的K值，而在LASCFS方向上存在大的色度变化时将提供大的K值。

在PAL方式下，用以确定“自适应控制”信号K的算法也是求出第N和N-1行之间的色度差与第N，N-1和N，N+1行之间色度差之和的比值。然而，由于PAL信号的性质决定色度差必须以不同的方法计算。参照图2，可以看出样值对2、4、8中各自的样值具有相同的相位，因此这些对的色度差可通过对于在一对内各自样值采取减法运算而计算出来。由减法处理得出的缩短差被定义为Di。样值对2、4、8的色度差分别为D2、D4、D8。样值对3、7、9中的各样值的相位相反，因此它们的色度差可通过求和来计算。样值对3、7、9的各差值定义为S3、S7、S9。使用前述的定义，则

CC[N，N-1]PAL＝MAX（｜D2｜，｜S3｜，｜D4｜）  （11）

CC[N，N+1]PAL＝MAX（｜S7｜，｜D8｜，｜S9｜）  （12）

比值K可用这些数值来得出。请注意图2，梳状滤波方向逐行变化。在第N行像素b处，最佳梳通方向是向上的，而在第N+1行像素c处，最佳梳通方向是向下的。这种变化在系数K产生的过程中必须得到适应，为了看出该变化，是垂直方向上使第N-1、N、N+1行之间的虚线和箭头相互交换而保持数字不变。在这种情况下，

CC[N，N-1]PAL＝MAX（｜S2｜，｜D3｜，｜S4｜）  （13）

和CC[N，N+1]PAL＝MAX（｜D7｜，｜S8｜，｜D9｜）  （14）

然而由于复用器32和34的影响，在该方向向下时，公式（14）成为求K所用的比值的分子。

对于第N-1、N、N+1行内相同影响的亮度而言，假定输入信号包括亮度分量，在PAL方式下，由于色度差信号CC[N，N-1]和CC[N，N+1]中一个可能是差值Di而另一个可能是和数Si，因而它们含有有不同影响的亮度。在PAL方式下，这个问题由于系数K的算法含有两种变化而得到补偿。其中第一种变化涉及用项｜S3｜′代替公式（11）中的项｜S3｜，这里｜S3｜′定义为：

｜S3｜′＝MIN（｜S3-S8_L｜，｜S3｜） （15）

项S3_L和S8_L对应于样值3和8的和数，但它们是该样值的低通或复合形式而不是带通形式。差值｜S3_L-S8_L｜等于代替像素a和c的样值之差的绝对值。信号｜S3_L-S8_L｜是通过将来自SBPF 26和30的低通样值（或来自SBPF 26和30输入的复合电视信号）相减（这些样值与相对于像素b的像素a和c相对应），以得出差值大小而产生。在式（11）中用项｜S3｜′代替项｜S3｜保证了：在等效高频“行到行”的亮度存在时，如在多波群图形中那样，K接近于零。

对于PAL方式算法的第二个变化是给比值K的分子定标和给该比值的分母加一个常数。对于PAL方式，最佳的PAL算法是：

K_PAL＝（c1＊CC[N，N-1）]/（CC[N，N-1]+CC[N，N+1]+C2） （16）

式中：系数C1通常约为1.5，常数C2约为4。这些修正力图：

a.允许K向1较快速趋进;

b.在适当时为K接近于零提供保证。

参照图6，该图示出用以产生为执行“自适应控制”信号K的计算所需的和数Si与差值Di样值的电路。在图6中由复用器34（见图4）提供的第N-1行样值和由SBPF  28提供的第N行样值都被耦合到加法器604的各自输入端和减法器606的被减数和减数输入端上。减法器606的输出差值耦合到串级连接的三级“一个样值周期延迟”元件，该电路提供延迟信号Q7-Q10。这些延迟信号对应于表1指明的样值对的差值Di。加法器604的输出和数耦合到串级连接的三级“一个样值周期延迟”元件，这就是提供延迟信号Q4-Q6。这些延迟信号对应于表1指明的样值对的和数Si。

由复用器32提供的第N+1行样值被耦合到极性转换或互补电路610，该电路响应“方式控制”信号N/P，在NTSC方式下互补样值;在PAL方式下让不变的样值通过。

来自极性转换电路610的样值耦合到加法器600的一个输入端和减法器602的被减数输入端上，来自SBPF  28的样值耦合到加法器600的第二输入端和减法器602的被减数输入端上。减法器602的输出样值耦合到串级连接的三级“一个样值周期延迟”元件，它们提供延迟信号Q1-Q3。在NTSP方式下延迟信号Q1-Q3对应于表1指明的样值对的和数Si。在PAL方式下，延迟信号Q1-Q3对应于表1指明的样值对的差值Di。

加法器600输出的信号耦合到一级“两个样值周期延迟”元件上，它提供延迟信号Q11。在NTSC方式下，延迟信号Q1-Q3对应于表1指明的样值对的和数Si。在PAL方式下，延迟信号Q1-Q3对应于表1指明的样值的差值Di。

加法器600输出的信号耦合到一级“两个样值周期延迟”元件上，它提供延迟信号Q11。在NTSC方式下，信号Q11对应从第N和N+1行得出的梳状滤波信号，它相当于图4中由减法器60提供的信号。在PAL方式下，信号Q11对应于“行交替加法性梳状滤波信号”LAASCF。

应该注意，信号Q9在NTSC方式下相当于从第N和N-1行得出的梳状滤波信号，在PAL方式下相当于“行交替减法性梳状滤波信号”LASCSF。

表1

Q1  Q2  Q3  Q4  Q5  Q6  Q7  Q8  Q9  Q10  Q11

TSC  S9  S8  S7  S4  S3  S2  D5  D4  D3  D2  D8

PAL  U  D4  D8  D2  S9  S3  S7  D5  D9  D3  D7  S8

PAL  D  D9  D3  D7  S4  S8  S2  D10  D4  D8  D2  S3

表1指明图6中由信号输出Qi得出的输出和数Si和差值Di。和数Si和差数Di电对应于图1和图2中指定的样值对i的和数和差值。该表包含被指定为NTSC行中的NTSC方式的各输出信号。指定为PAL  U行对应于图2中在PAL方式下操作用的每个输出信号Qi，在这里第N行（如样值b）最佳差值“梳子”是在向上的方向上的。被指定为PAL  D的这一行对应于在PAL方式下操作用的输出和数和差值，在这里最佳差值“梳子”是在向下的方向上操作的，例如在提供代表第N-1或N+1行的梳状滤波信号时。

图7示出按照最佳算法产生“自适应控制”信号K的最佳电路。假定加权电路40和42（图3）和“定标与组合”电路63（图4）按1/8给样值定标。K值表示1/8的个数，其范围从0到8，这使对应的定标系数为0到1。

在图7中，由图6电路提供的每一个Qi都加到绝对值电路组700，这些电路只让各自样值的数值通过。信号Q4和Q6的数值加到最大值检测器720，该电路让两个信号中较大的一个通过，亦即max（｜Q4｜，｜Q6｜）。由最大值检测器720输出的信号耦合到“2到1”复用器730和740的各自的第一输入端上。信号Q3和Q1的数值耦合到最大值检测器710的各自输入端上，该检测器让两个施加信号中较大的一个通过，该输出加到复用器730和740的各自第二输入端上。在NTSC方式下，复用器730和740由“方式控制”信号N/P来设定“方式”，分别让来自最大值检测器720和710的信号通过。在PAL方式下，复用器730和740分别让最大值检测器710和720提供的信号通过。

通过复用器740的信号被耦合到最大值检测器760的第一输入端上，信号Q2的数值加到它的第二输入端上。最大值检测器760让通过复用器740的信号和信号Q2中较大的一个通过，它的输出对应于CC[N，N+1]，在NTSC方式下，该值等于max（｜S7｜，｜S8｜，｜S9｜）。该信号然后在低通滤波器764中低通滤波。

通过复用器730的信号被耦合到最大值检测器750的第一输入端上，来自最小值检测器786的第二信号被耦合到最大值检测器750的第二输入端上。信号Q5的数值加到最小值检测器786的第一输入端上。从SBPF  26和30输出的低通滤波信号（或自SBPF  26和30输入端的复合视频信号）加到减法器782的各自输入端上。减法器782的输出信号耦合到最小值检测器786的第二输入端上。最小值检测器786响应“方式控制”信号N/P，以在NTSC方式下让信号Q5的数值通过，在PAL方式下让信号｜S3｜′通过，这里｜S3｜′由式（15）来确定。

最大值检测器750在NTSC和PAL方式下都让信号CC[N，N-1]通过。在NTSC方式下，这个信号对应于MAX（｜S2｜，｜S3｜，｜S4｜），在PAL方式下，对应于MAX（｜D2｜，｜S3｜′，｜D4｜）。通过检测器750的信号在低通滤波器762中低通滤波。低通滤波器762（和低通滤波器764）可以有选择地响应“方式控制”信号N/P.，以使其响应适合于PAL或NTSC信号频谱，或者它具有固定的设计，尽管这种固定的设计可以综合考虑一种或另一种或两种方式的性能。一个可选滤波器762对于NTSC信号的一个示例性的传输函数H（Z）可由下式给定：

H（Z）_N＝（1+Z^-1+Z^-2+2Z^-3+Z^-4+Z^-5+Z^-6）/8

对于PAL信号则由下式给定：

H（Z）_P＝（1+2Z^-2+2Z^-4+2Z^-6+Z^-8）/8

式中Z是常规的Z传输变量。

由低通滤波器762提供的信号表示用以确定“自适应控制”信号K的比值的分子。该信号与低通滤波器764提供的信号在加法器780中相加，以产生K比值的分母（NTSC）。加法器780输出的和数被耦合到复用器776的一个输入端和加法器778的一个输入端上，常数C2（例如4）加到加法器778的第二输入端上。加法器778的输出在PAL方式下工作的K比值的已修正分母。加法器778的输出端与复用器776的第二输入端连接。复用器776响应“方式控制”信号N/P，提供适合“输入给除法电路772作为除数”的分母值。

来自低通滤波器762的分子值加到“乘8”定标器768和“乘12”定标器766，它们的输出耦合到复用器770的各自相连的输入端上。定标器768和766将K值从0到1转换为0到8（NTSC），和从1.5（0到1）转换为1.5（0到8）（PAL），这是因为定标器40、42和63按1/8倍增。复用器770对于NTSC选取“按系数8定标”的信号，对PAL方式选取“按12定标”的信号。复用器770的输出信号被耦合到除法电路772的被除数输入端上。该电路产生“自适应控制”信号K。这个信号加到限制器774上，以保证K值不超过十进制数值8（对于由1/8定标的定标电路）。

用于任选定标电路65（图4）的控制信号Kch由图8所示的电路来产生。在亮度存在色度不存在时信号Kch接近于零，在色度比亮度大时它等于1。在图8的实施例中，Kch值被转换为0-8的范围，这是因为定标电路65（图4）假定乘以1/8。由图8电路执行的算法由下式给定：Kch＝8HFLI+CI  对于0≤Kch≤8

Kch＝8  对于Kch＞8  （17）

式中HFLI是高频亮度指示，CI是色度指示。亮度指示根据样值对3（图2）的亮度含量的较小值和样值对7和9的亮度含量的最大值来确定。请注意，样值对3、7、9的每对的色度分量是反相位的，因此和数S3、S7和S9基本上代表两倍的平均亮度含量。

来自复用器740（图7）的和系数S7和S9的最大值加到最小值检测器802的一个输入端上，信号Q5的数值（图6）加到最小值检测器802的第二输入端上，其输出对应于MIN（MAX｜S7｜，｜S9｜，｜S3｜），该值等于两倍的亮度指示。

式（17）的色度指示CI按以下方式确定：首先计算样值对1、3、5、7、9的差值D1、D3、D5、D7、D9，每个差值等于约两倍的平均色度;然后计算差值（D3-D5）、（D1-D3）和（D7-D9），这些差值中的每一个都大致等于四倍平均色度。这三个加倍的差值的最大数值就是色度指示值。

在图8中，色度指示CI是通过在减法器816中从信号Q9中减去信号Q7（图6）得出的。从减法器816输出的差值加到数值检测器818，然后加到“一个样值周期延迟”元件820和822。在像素b被考虑的间隔内，数值检测器818和延迟元件820-822分别提供样值｜D3-D1｜、｜D7-D9｜和｜D3-D5｜。这些样值加到最大值检测器824上，该检测器让这些样值中最大的一个通过，以达到定标电路804，该电路的输出等于两倍色度指示。来自最小值检测器802的数值2HFLI和来自定标电路804的数值2CI加到减法器806上，以提供差值2HFLI-2CI。该差值耦合到“低通滤波器与限制器”808，以平滑和限制该信号到16的一个数值上。在减法器810中从常数16中减去来自低通滤波器与限制器808的已滤波的差值，得出数值（16-2HFLI+2CI）。由减法器810提供的差值在电路812中由0.5定标，产生数值（8-HFLI+CI），该值被耦合到“2到1”复用器814的一个输入端上。常数8被耦合到复用器814的第二输入端上。复用器814响应“方式控制”信号N/P，在NTSC方式下提供数值8，在PAL方式下提供数值（8-HFLI+CI）。

产生用于自适应选取替代的亮度信号（图4A）的控制信号KL将参照图9予以描述，确定KL的算法由下式给定：

KL＝Kch-（2K-1）  （18）

式中（2K-1）和KL两者都被限制得大于或等于零。KL值选取得等于Kch直到K超过1/2时为止，当K增大到1时它下降到0。在图9中，控制信号K（来自图7电路）在定标电路900中由系数2来定标。来自电路900的数值2K和常数“8”加到减法器902的各自输入端上，以得出差值（2K-8）。该差值通过限制器904以限制得大于或等于0，然后加到另一个减法器906上。控制信号Kch（来自图8电路）加到减法器906的被减数输入端，该减法器得出差值Kch-（2K-8）。这个差值通过限制器908以限制得大于或等于0，然后加到另一个减法器906上。控制信号Kch（来自图8电路）加到减法器906的被减数输入端，该减法器得出差值Kch-（2K-8）。这个差值通过限制器908以限制得大于或等于0，然后被耦合到复用器901的第一输入端上。0值被加到复用器910的第二输入端上。复用器910响应“方式控制”信号N/P，在NTSC方式下提供KL＝0，在PAL方式下让数值（Kch-2K-8）通过。请注意，KL值的范围已从0-1转换为0-8，这是因为“定标与组合”电路74被假定按1/8给每个信号定比例。此外，用以确定KL值的两个信号Kch和K已按系数“8”转换了。

加到图4A中的“定标与组合”电路74的辅助亮度信号可以用图10中示例性的电路来产生。信号Q5（在PAL方式下）是一系列反相位样值对的和数，这样就与色度频带内亮度信号的“行交替亮度梳状滤波信号”相对应。该信号相当于（1-H）亮度梳状滤波信号。信号Q2与一系列相同色度相位样值对的差值相对应。如果信号Q2从信号Q5中减去，则得出的差值对应于来自第N-1和N+1行垂直方向对齐的样值的和数，这些样值具有反相位色度分量。这样得出的差值对应于色度频带的（2-H）亮度梳状滤波信号。两行上的梳状滤波亮度有助于均化像素误差并产生适当的亮度值，但招致在图象变迁时垂直方向上清晰度的下降。一行梳状滤波器提供较好的垂直方向分辨率，但色度差则例如由于群相位误差的原因而将未消除。一种合理的折衷考虑就是使用在每个具体的像素上（1-H）和（2-H）梳状滤波信号中具有最小值的一个。

（2-H）亮度梳状滤波信号由减法器952（图10）产生，该减法器响应信号Q2和Q5。（1-H）梳状滤波亮度信号Q5和来自减法器952的（2-H）梳状滤波亮度信号被耦合到最小值检测器950的各自输入端上。最小值检测器950让（1-H）和（2-H）梳状滤波亮度信号中具有较小值的一个通过，送到定标电路954，该电路使施加的梳状滤波信号规格化。来自SBPF  28和LPF输出的低频亮度信号和来自定标电路954的高频梳状滤波亮度信号在加法器958中组合，以提供辅助的亮度信号，该信号只在色度频带内进行梳状滤波。

Claims (12)

1、一种多方式梳状滤波器，用以对不同视频信号标准的视频信号进行梳状滤波，它包括用以接收视频信号的一个信号输入端，其特征在于：

第一装置，内含连接到上述信号输入端的延迟装置，用以为在第一和第二方式下的第一和第二标准的视频信号分别可选地提供代表三个相邻水平行视频信号的视频信号；

第二装置，内含组合装置，用以响应代表三个相邻水平行视频信号的上述视频信号、产生一个梳状滤波信号，该梳状滤波信号瞬间包括代表上述的三水平行中两行的视频信号的组合。

2、根据权利要求1所述的多方式梳状滤波器，其特征在于上述第二装置还包含在上述第二方式下用以产生“行交替梳状滤波信号”的装置。

3、根据权利要求1所述的多方式梳状滤波器，其特征在于所述的第二装置还包含滤波装置用以有选择性地让代表三水平行的上述视频信号中色度成分通常占有的频谱通过。

4、根据权利要求3所述的多方式梳状滤波器，其特征在于所述的滤波装置包含用以调整上述滤波装置到上述第一或第二标准的频谱上的装置。

5、根据权利要求1所述的多方式梳状滤波器，其特征在于：

上述第二装置产生一个梳状滤波信号，该信号在上述第一方式下含有在上述第一和第二水平行之间的“自适应定比例视频信号差值”和在上述第二和第三水平行之间的“视频信号差值”，在第二方式下它含有“自适应定比例视频信号差值”和“视频信号的和数”，所述的视频信号差值在上述第一和第二、上述第二和第三水平行的差值之间交替，所述的视频信号的和数在上述第二方式下在来自上述第二和第三水平行以及上述第一和第二水平行的视频信号的和数之间交替。

6、根据权利要求5所述的多方式梳状滤波器，其特征在于所述的第二装置含有在上述第二方式下用以产生和自速应组合“行交替减法性梳状滤波信号”和“行交替加法性梳状滤波信号”的装置。

7、根据权利要求5所述的多方式梳状滤波器，其特征在于所述的第二装置包括：

第三装置，它与上述第一装置相连接，用以在上述第二方式下隔行提供代表上述第一和第三水平行的视频信号，在上述第一方式下提供代表上述第一行的视频信号;

第四装置，它与上述第二装置连接，用以在上述第二方式下隔行提供代表上述第三和第一水平行的视频信号，在上述第一方式下提供代表上述第三水平行的视频信号;

第一组合装置，它被连接来接收代表上述第二水平行的视频信号和接收由上述第四装置提供的视频信号，用以对代表上述第二水平行的上述视频信号和由上述第四装置提供的上述信号进行减法性组合，以产生第一组合信号;

第二组合装置，它被连接来接收代表上述第二水平行的视频信号和接收由上述第三装置提供的信号，所述的第二组合装置在上述第一方式下用来对代表上述第二水平行的上述视频信号和由上述第三装置提供的信号进行减法性组合，在上述第二方式下用来对代表上述第二水平行的上述视频信号和由上述第三装置提供的信号进行加法性组合，以产生第二组合信号;以及

响应代表上述第一、第二和第三水平行的上述视频信号、用以按比例地对上述第一和第二组合信号进行组合，以提供输出梳状滤波信号的装置。

8、根据权利要求5所述的多方式梳状滤波器，其中在所述的输入端上接收和上述视频信号含有色度分量和亮度分量，由上述第二装置产生的上述核状滤波信号代表上述色度分量，所述的多方式梳状滤波器的特征在于：

与上述第一装置和上述第二装置连接，用以从代表上述第二水平行的视频信号中减去上述梳状滤波信号，以产生第一亮度信号的装置;

与上述第一装置连接，用以产生辅助亮度信号的装置;以及

响应代表上述第一、第二和第三水平行的上述视频信号，在上述第一方式下用以提供上述第一亮度信号作为输出亮度信号，在上述第二方式下用以对上述第一亮度信号和上述辅助亮度信号按比例地组合以提供输出亮度信号的装置。

9、根据权利要求8所述的多方式核状滤波器，其特征在于所述的用以产生上述辅助亮度信号的装置包括：

响应代表上述第一、第二和第三水平行的视频信号，用以产生（1-H）梳状滤波亮度信号和（2-H）梳状滤波亮度信号的装置，上述两个信号只含有上述色度分量通常占有的频谱中的频率成分量;

用以选择（1-H）和（2-H）梳状滤波亮度信号中的一个数值较小者以提供高频亮度信号的装置;

响应代表上述第二水平行的视频信号，用以提供不含在由上述色度分量通常占有的频谱内的上述视频信号的分量以提供低频亮度信号的装置;以及

用以组合上述低频亮度信号和上述高频亮度信号，以产生所述的辅助亮度信号的装置。

10、根据权利要求5所述的多方式核状滤波器，其中所述的视频信号含有正交调制副载波的色度分量，其特征在于上述第二装置包括：

连接到上述信号输入端，响应接收的视频信号，用以产生取样信号的装置，上述取样信号的相位锁在上述副载波上，在第一方式下，相位对准一个正交轴，在第二方式下，相位对准在偏离一个正交轴45°处;和

取样装置，它连接到上述输入端上响应上述取样信号，用以向上述延迟装置提供取样的视频信号。

11、根据权利要求10所述的多方式梳状滤波器，其特征在于所述的第二装置包括：

第三装置，它连接到上述第一装置上并响应上述取样信号，以在上述第二方式下提供隔行代表上述第一和第三水平行的样值，在上述第一方式下提供代表上述第一水平行的样值;

第四装置，它连接到上述第一装置上，响应上述取样信号，在上述第二方式下用以提供隔行代表上述第三和第一水平行的样值，在上述第一方式下提供代表上述第三水平行的样值;

第一组合装置，它被连接到上述第一装置和上述第三装置上，用以将来自上述第三装置的信号和代表上述第二水平行的信号相组合，在第一极性的意义上产生第一信号;

第二组合装置，它与上述第一装置和上述第三装置相连接，在上述第一方式下在上述第一极性意义上以及在上述第二方式下在第二极性意义上，用以将来自上述第四装置的样值与代表上述第二行的样值相组合，以产生第二信号;以及

用以将上述的第一和第二信号相组合的装置。

12、根据权利要求11所述的多方式梳状滤波器，其特征在于所述的用以将上述第一和第二信号相组合的装置含有用以给上述第一和第二信号定比例关系的装置。

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