CN105592284B - 一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，它包括以下步骤：S1：通过晶体振荡器产生固定频率的时钟信号，并将该时钟信号发送到模数转换器对模拟视频信号进行采样；S2：模数转换器接收到模拟分量视频信号和时钟信号后，将模拟分量视频信号转换为数字分量视频信号，并发送给后续的数字信号处理单元；S3：数字信号处理单元对数字分量视频信号进行处理，通过对数字分量视频信号进行同步特征的提取，并通过重采样方式，恢复出等采样间隔、固定采样点数的数据输出。本发明解码方法能够容忍温度变化和剧烈震动所产生的影响。特别是在剧烈震动情况下，图像完全正常。

Description

一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法

技术领域

本发明涉及模拟分量视频信号解码领域，特别是涉及一种采用小数延时滤波器结构、基于重采样技术的抗震动的模拟分量视频信号解码方法。

背景技术

模拟分量视频信号包括三个模拟视频通道，分别是红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)，其中同步信号嵌在绿色(G)通道中，同步信号包括行和场信息。模拟分量视频信号解码主要包括两方面的内容，分别是RGB视频信息的解码和行场信息恢复。

传统的模拟分量视频信号解码处理过程主要为：首先对模拟视频信号进行钳位，并对其进行信号切割，再通过锁相环(PLL)向模数转换器(ADC)输出时钟信号，模数转换器(ADC)对视频信号进行模数转换后，由数字处理器对该视频信号进行解码处理。

由于锁相环(PLL)恢复出来的时钟信号相对于接收到的信号中的时钟信号具有一定的相差，且该时钟信号容易受到外部环境的影响，如温度变化、剧烈震动等，产生抖动(jitter)。通过实际测试发现，传统的模拟分量视频信号解码能够容忍温度的变化所产生的影响，而无法容忍剧烈震动所产生的影响。在剧烈震动情况下，图像会明显发生扭曲，且震动幅度越大，图像扭曲越厉害。通过对震动情况下图像扭曲的分析，可以确认是时钟信号产生了较大的抖动(jitter)，由于传统模拟分量视频解码是采用该时钟信号直接对模拟视频信号进行采样，所以模数转换器(ADC)的输出数据已经受到影响，该影响无法通过后续的数字处理器解决，从而图像产生扭曲。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，由晶体振荡器直接产生固定频率时钟信号，采用小数延时滤波器对视频信号进行延时移相，通过数字处理器的重采样处理，从而完成模拟分量视频信号的解码，该视频信号解码方法能够抵抗外部环境的各种变化，如温度、震动等环境变化，具有明显的抗震动效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，它包括以下步骤：

S1：通过晶体振荡器产生固定频率的时钟信号，并将该时钟信号发送到模数转换器对模拟视频信号进行采样；

S2：模数转换器将模拟分量视频信号转换为数字分量视频信号，并发送给后续的数字信号处理单元；

S3：数字信号处理单元对数字分量视频信号进行处理，通过对数字分量视频信号进行同步特征的提取，再通过重采样方式，恢复出等采样间隔、固定采样点数的数据输出，从而完成模拟分量视频信号的解码，实现图像解码输出不受环境稳定变化和剧烈震动的影响。

步骤S3所述的重采样方式的过程为：提取数字分量视频信号行同步特征信息，计算出一行视频信号的采样点数，该采样点数为小数值，基于该采样点数对输入的视频信号进行重采样。

步骤S3所述的重采样方式采用小数延时滤波器对数字分量视频信号进行移相延时处理。

所述的采样点数的小数部分采用一阶近视的算法进行计算。

步骤S3所述的数据输出的计算过程包括以下子步骤：

S31：定义X为数字处理处理单元的第X个输出序列，X范围为1≤X≤N，则序列X的位置坐标的计算公式为：

式中，ΔN—序列1～N的间隔；

m—第n+1个行同步信号与第n个行同步信号之间的小数个采样周期，即行长度(小数值)；

序列1～N的位置坐标分别是：

S32：行长度(小数值)m的计算公式为：

m＝M+△start(n)-△start(n+1)

式中，M—第n+1个行同步信号与第n个行同步信号之间的整数个采样周期，即行长度(整数值)；

n—数字视频信号的第n个行同步信号；

n+1—数字视频信号的第n+1个行同步信号；

Δstart(n)—第n个行同步信号切割电平的小数周期数；

Δstart(n+1)—第n+1个行同步信号切割电平的小数周期数；

所述的切割电平为数字视频信号的同步信号中间值；

S33：根据位置坐标(X)，计算小数延时滤波器的基准点K和相位差ΔK，基准点K的计算公式为：

式中符号“[]”为取整符号；

相位差ΔK的计算公式为：

S34：根据模数转换器的采样值、小数延时滤波器的基准点K和相位值ΔK计算第X个输出序列的值。

所述的小数周期数Δstart计算公式为：

式中，A、C—两个相邻采样时刻的采样值；

B—切割电平；

Δstart—小数周期数，即切割电平B与采样值C之间的间隔。

所述的小数延时滤波器为全通滤波器。

所述的小数延时滤波器采用14阶FIR滤波器结构，它包括：由14级移位寄存器、14个乘法器单元和7个加法器构成的第一级流水处理，由7个寄存器和6个加法器构成的第二级流水处理，以及由1个寄存器构成的第三级流水处理。

第一级流水处理中每个乘法器单元的一个输入均与14级移位寄存器的各级输出连接，其另一个输入依次输入系数C1～C14，不同的系数C1～C14对应不同的相位调整。

第一级流水处理中每个加法器的两个输入分别与相邻两个乘法器的输出连接。

第二级流水处理中每个寄存器的输入分别与第一级流水处理中各加法器的输出连接。

第二级流水处理中每两相邻寄存器的输出分别与一个加法器的输入连接，加法器采用级联结构，最后一级加法器的输出与第三级流水处理中寄存器的输入连接，第三级流水处理中寄存器的输出为所述小数延时滤波器的输出。

所述的小数延时滤波器的最小延时分辨率为1/64个时钟周期。

步骤S34所述的第X个输出序列值的计算方式为：根据小数延时滤波器的最小延时分辨率，计算数值ΔK*64，再根据该计算数值查表得到小数延时滤波器的系数C1～C14；对输入的数据进行移位操作得到基准点K所对应的14阶FIR滤波器的数据；根据14阶FIR滤波器的数据和小数延时滤波器的系数C1～C14，计算得到第X个输出序列值。

本发明的有益效果是：本发明视频信号解码方法能够抵抗外部环境的各种变化，如温度、震动等环境变化。本发明方法晶体振荡器产生固定频率时钟信号，该时钟信号送给模数转换器(ADC)对模拟视频信号进行采样，模数转换器(ADC)的输出数据送给数字处理器进行处理，从而完成模拟分量视频信号的解码。

本发明解码方法还对解码电路结构进行改进，不再需要解码电路对模拟视频信号进行信号切割等处理过程，无需通过锁相环(PLL)向模数转换器(ADC)输出时钟信号，直接通过晶体振荡器产生固定频率的时钟信号；本发明解码方法给解码电路增设小数延时滤波器，对视频信号进行重采样，恢复出等间隔、固定采样点数的视频数据输出。

本发明解码方法可使解码电路结构更加简单，使解码电路能够抵抗外部环境的各种变化，容忍温度变化和剧烈震动所产生的影响。特别是在剧烈震动情况下，图像进行采样时不会因震动而发生图像扭曲的现象，输出基本完全正常的图像，实现抗震动的目的。

附图说明

图1为本发明视频信号解码方法的流程示意图；

图2为本发明模拟分量视频信号解码电路结构示意图；

图3为本发明采用14阶FIR滤波器的小数延时滤波器的原理示意图；

图4为本发明的小数延时滤波器群延时频谱曲线；

图5为本发明数字分量视频信号处理原理示意图；

图6为本发明小数周期数计算示意图；

图7为本发明数字处理器的输出示意图；

图8为本发明数字处理器输出与输入关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，它包括以下步骤：

S1：通过晶体振荡器产生固定频率的时钟信号，并将该时钟信号发送到模数转换器对模拟视频信号进行采样；

S2：模数转换器将模拟分量视频信号转换为数字分量视频信号，并发送给后续的数字信号处理单元；

S3：数字信号处理单元对数字分量视频信号进行处理，通过对数字分量视频信号进行同步特征的提取，再通过重采样方式，恢复出等采样间隔、固定采样点数的数据输出，从而完成模拟分量视频信号的解码，实现图像解码输出不受环境稳定变化和剧烈震动的影响。

步骤S3所述的重采样方式的过程为：提取数字分量视频信号行同步特征信息，计算出一行视频信号的采样点数，该采样点数为小数值，基于该采样点数对输入的视频信号进行重采样。

步骤S3所述的重采样方式采用小数延时滤波器对数字分量视频信号进行移相延时处理。

所述的采样点数的小数部分采用一阶近视的算法进行计算。

步骤S3所述的数据输出的计算过程包括以下子步骤：

S31：定义X为数字处理处理单元的第X个输出序列，X范围为1≤X≤N，则序列X的位置坐标的计算公式为：

式中，ΔN—序列1～N的间隔；

m—第n+1个行同步信号与第n个行同步信号之间的小数个采样周期，即行长度(小数值)；

序列1～N的位置坐标分别是：

S32：行长度(小数值)m的计算公式为：

m＝M+△start(n)-△start(n+1)

式中，M—第n+1个行同步信号与第n个行同步信号之间的整数个采样周期，即行长度(整数值)；

n—数字视频信号的第n个行同步信号；

n+1—数字视频信号的第n+1个行同步信号；

Δstart(n)—第n个行同步信号切割电平的小数周期数；

Δstart(n+1)—第n+1个行同步信号切割电平的小数周期数；

所述的切割电平为数字视频信号的同步信号中间值；

S33：根据位置坐标(X)，计算小数延时滤波器的基准点K和相位差ΔK，基准点K的计算公式为：

式中符号“[]”为取整符号；

相位差ΔK的计算公式为：

S34：根据模数转换器的采样值、小数延时滤波器的基准点K和相位值ΔK计算第X个输出序列的值。

由于小数延时滤波器的最小延时分辨率为1/64个时钟周期，计算数值ΔK*64，根据该计算数值查表得到小数延时滤波器的系数C1～C14。

对输入的数据进行移位操作得到基准点K所对应的14阶FIR滤波器的数据。

基于14阶FIR滤波器的数据和小数延时滤波器的系数C1～C14，即计算得到第X个输出序列的值。

如图2所示，图2为一种抗震动的模拟分量视频信号解码电路，它包括晶体振荡器10、模数转换器ADC20和数字信号处理单元，数字信号处理单元包括小数延时滤波器30和数字处理器40；所述的晶体振荡器10的输出与模数转换器ADC20的时钟信号输入连接，晶体振荡器10用于产生固定频率的时钟信号50，并传输给后续的模数转换器ADC20；所述的模数转换器ADC20的输入与模拟分量视频信号输入端60连接，模数转换器ADC20的输出与小数延时滤波器30的输入连接，模数转换器ADC20用于将模拟分量视频信号转换为数字分量视频信号，并传输给后续的小数延时滤波器30；所述的小数延时滤波器30的输出与数字处理器40的输入连接，小数延时滤波器30用于对数字分量视频信号进行相位调整；数字处理器40，对数字分量视频信号进行处理，通过对数字分量视频信号行同步特征的提取，并对数字分量视频信号进行采样，恢复出等间隔、固定点数的数据输出。

如图3所示，所述的小数延时滤波器30为全通滤波器，全通滤波器不改变数字分量视频信号的频率特性，只改变数字分量视频信号的相位。

所述的小数延时滤波器30采用14阶FIR滤波器结构，输入端in输入的信号为模数转换器30的采样值，C1～C14为小数延时滤波器的系数。所述的小数延时滤波器30包括：由14级移位寄存器、14个乘法器单元和7个加法器构成的第一级流水处理，由7个寄存器和6个加法器构成的第二级流水处理，以及由1个寄存器构成的第三级流水处理。

第一级流水处理中每个乘法器单元的一个输入均与14级移位寄存器的各级输出连接，其另一个输入依次输入系数C1～C14，不同的系数C1～C14对应不同的相位调整，14级移位寄存器的输入与模数转换器ADC20的输出连接。

第一级流水处理中每个加法器的两个输入分别与相邻两个乘法器的输出连接。

第二级流水处理中每个寄存器的输入分别与第一级流水处理中各加法器的输出连接。

第二级流水处理中每两相邻寄存器的输出分别与一个加法器的输入连接，寄存器的输出均送人加法器中，加法器采用级联结构，最后一级加法器的输出与第三级流水处理中寄存器的输入连接，第三级流水处理中寄存器的输出为所述小数延时滤波器的输出与后续的数字处理器40的输入连接。

如图4所示，图4是本发明的小数延时滤波器系数C1～C14的群延时频谱曲线。该小数延时滤波器为全通滤波器，只对相位进行调整，该小数延时滤波器的群延时台阶为64级，最小的延时分辨率为1/64个时钟周期。

如图5所示，图5为本发明数字分量视频信号处理原理示意图，其中：

数字视频信号101为模数转换器20的输出信号；

切割电平111为数字视频信号101的同步信号中间值；

采样时钟104是模数转换器20的采样时钟；

n时刻106表示数字视频信号101的第n个行同步信号；

n+1时刻107表示数字视频信号101的第n+1个行同步信号；

行长度(整数值)M102表示第n+1个行同步信号与第n个行同步信号之间的整数个采样周期；

行长度(小数值)m103表示第n+1个行同步信号与第n个行同步信号之间的小数个采样周期；

Δstart(n)109表示第n个行同步信号切割电平的小数周期数；

Δstart(n+1)110表示第n+1个行同步信号切割电平的小数周期数。

小数周期数的计算过程105的具体内容如图6所示。

如图6所示，图6为本发明小数周期数计算示意图，图中，A和C分别表示两个相邻采样时刻的采样值，B表示切割电平，小数周期数Δstart为切割电平B与C之间的间隔，小数周期数Δstart的计算公式为：

数字处理器40通过数字视频信号101、行长度(整数值)M102、行长度(小数值)m103、Δstart(n)109、Δstart(n+1)110恢复出视频数据，输出的视频数据保证第n+1个行同步信号与第n个行同步信号之间的数据个数为固定值，输出数据的数值计算采用小数延时滤波器技术实现。

行长度(小数值)m103与行长度(整数值)M102之间的关系是：

行长度(小数值)m＝行长度(整数值)M+Δstart(n)-Δstart(n+1)。

该关系式用符号表示如下所示：

m＝M+△start(n)-△start(n+1)。

数字处理器40的输入包括：行长度(整数值)M、Δstart(n)、Δstart(n+1)、行长度(小数值)m和模数转换器20的采样值。

如图7所示，图7是本发明数字处理器40的输出示意图。图7所示的行长度(小数值)m 201与图5所示的行长度(小数值)m 103是同一值。1～N的序列202为本发明数字处理器40的输出示意图。序列1、2、3、…N-2、N-1、N等间隔分割行长度(小数值)m 201。ΔN203为序列1～N的间隔，ΔN203的计算公式为：

序列1～N的位置坐标表达式分别是：

如图8所示，图8是本发明数字处理器40的输出与输入关系示意图。图8所示的行长度(小数值)m301与图5所示的行长度(小数值)m103是同一值。1～N的序列302为本发明数字处理器40的输出示意图。图8所示Δstart(n)303与图5所示Δstart(n)109是同一值。图8所示(X)304为第X个输出序列的位置坐标。图8所示K和ΔK 305为第X个输出序列的位置坐标(X)所对应的小数延时滤波器的基准点K和相位差ΔK。

数字处理器40的输出计算过程为：

(1)设X为数字处理器40的第X个输出序列，X范围为1≤X≤N；

(2)计算X的位置坐标(X)，其计算公式为：

(3)根据位置坐标(X)，计算小数延时滤波器的基准点K和相位差ΔK，基准点K的计算公式为：

式中符号“[]”表示取整符号，如[10.91]＝10；

相位差ΔK的计算公式为：

(4)由于小数延时滤波器的最小延时分辨率为1/64个时钟周期，计算数值ΔK*64，根据该计算数值查表得到小数延时滤波器的系数C1～C14。对输入的数据进行移位操作得到基准点K所对应的14阶FIR滤波器的数据。基于14阶FIR滤波器的数据和小数延时滤波器的系数C1～C14，即计算得到第X个输出序列的值。

本发明为一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，该解码方法能够抵抗外部环境的各种变化，如温度、震动等环境变化。该解码方法所采用的解码电路主要由晶体振荡器、模数转换器(ADC)和数字处理构成。晶体振荡器产生固定频率时钟信号，该时钟信号送给模数转换器(ADC)对模拟视频信号进行采样，模数转换器(ADC)的输出数据送给数字处理进行处理，从而完成模拟分量视频信号的解码。

本发明中的模拟分量视频信号解码的时钟信号为外部晶体振荡器输入，无需锁相环产生时钟信号，图像在采样阶段因震动而发生图像扭曲的现象。

本发明数字处理器提取数字分量视频信号行同步特征信息，计算出一行视频信号的采样点数，该采样点数为小数值，基于该采样点数对输入的视频信号进行重采样，恢复出等间隔、固定点数的数据输出。

通过实际测试证明，用本发明方法设计的视频信号解码电路所能够容忍温度变化和剧烈震动所产生的影响，特别是在剧烈震动情况下，图像完全正常。

Claims (8)

1.一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1：通过晶体振荡器产生固定频率的时钟信号，并将该时钟信号发送到模数转换器对模拟视频信号进行采样；

S2：模数转换器将模拟分量视频信号转换为数字分量视频信号，并发送给后续的数字信号处理单元；

S3：数字信号处理单元对数字分量视频信号进行处理，通过对数字分量视频信号进行同步特征的提取，再通过重采样方式，恢复出等采样间隔、固定采样点数的数据输出，从而完成模拟分量视频信号的解码，实现图像解码输出不受环境稳定变化和剧烈震动的影响；

步骤S3所述的重采样方式的过程为：提取数字分量视频信号行同步特征信息，计算出一行视频信号的采样点数，该采样点数为小数值，基于该采样点数对输入的视频信号进行重采样。

2.根据权利要求1所述的一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，其特征在于：步骤S3所述的重采样方式采用小数延时滤波器对数字分量视频信号进行移相延时处理。

3.根据权利要求2所述的一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，其特征在于：所述的采样点数的小数部分采用一阶近视的算法进行计算。

4.根据权利要求1所述的一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，其特征在于：步骤S3所述的数据输出的计算过程包括以下子步骤：

S31：定义X为数字处理处理单元的第X个输出序列，X范围为1≤X≤N，则序列X的位置坐标的计算公式为：

式中，ΔN—序列1～N的间隔；

m—第n+1个行同步信号与第n个行同步信号之间的小数个采样周期，即行长度小数值；

序列1～N的位置坐标分别是：

S32：行长度小数值m的计算公式为：

m＝M+△start(n)-△start(n+1)

式中，M—第n+1个行同步信号与第n个行同步信号之间的整数个采样周期，即行长度整数值；

n—数字视频信号的第n个行同步信号；

n+1—数字视频信号的第n+1个行同步信号；

Δstart(n)—第n个行同步信号切割电平的小数周期数；

Δstart(n+1)—第n+1个行同步信号切割电平的小数周期数；

所述的切割电平为数字视频信号的同步信号中间值；

S33：根据位置坐标(X)，计算小数延时滤波器的基准点K和相位差ΔK，基准点K的计算公式为：

式中符号“[]”为取整符号；

相位差ΔK的计算公式为：

S34：根据模数转换器的采样值、小数延时滤波器的基准点K和相位值ΔK

计算第X个输出序列的值。

5.根据权利要求4所述的一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，其特征在于：所述的小数周期数Δstart计算公式为：

式中，A、C—两个相邻采样时刻的采样值；

B—切割电平；

Δstart—小数周期数，即切割电平B与采样值C之间的间隔。

6.根据权利要求2所述的一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，其特征在于：所述的小数延时滤波器为全通滤波器。

7.根据权利要求6所述的一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，其特征在于：所述的小数延时滤波器采用14阶FIR滤波器结构，它包括：由14级移位寄存器、14个乘法器单元和7个加法器构成的第一级流水处理，由7个寄存器和6个加法器构成的第二级流水处理，以及由1个寄存器构成的第三级流水处理；

第一级流水处理中每个乘法器单元的一个输入均与14级移位寄存器的各级输出连接，其另一个输入依次输入系数C1～C14，不同的系数C1～C14对应不同的相位调整；

第一级流水处理中每个加法器的两个输入分别与相邻两个乘法器的输出连接；

第二级流水处理中每个寄存器的输入分别与第一级流水处理中各加法器的输出连接；

第二级流水处理中每两相邻寄存器的输出分别与一个加法器的输入连接，加法器采用级联结构，最后一级加法器的输出与第三级流水处理中寄存器的输入连接，第三级流水处理中寄存器的输出为所述小数延时滤波器的输出。

8.根据权利要求4或5所述的一种基于重采样技术的模拟视频信号解码方法，其特征在于：

所述的小数延时滤波器的最小延时分辨率为1/64个时钟周期；

步骤S34所述的第X个输出序列值的计算方式为：根据小数延时滤波器的最小延时分辨率，计算数值ΔK*64，再根据该计算数值查表得到小数延时滤波器的系数C1～C14；对输入的数据进行移位操作得到基准点K所对应的14阶FIR滤波器的数据；根据14阶FIR滤波器的数据和小数延时滤波器的系数C1～C14，计算得到第X个输出序列值。