CN1061126A - 在使用记录的控制信号的视频信号中高频的自适应去加重和再加重 - Google Patents

Abstract

视频信号记录系统，含产生表示全带宽亮度信号 高频部分电平控制信号的电路。自适应去加重电路 依控制信号减少亮度信号高频部分的电平。折叠电 路将去加重亮度信号高频部分折到低频中。折叠的 去加重亮度信号与控制信号组合并录于磁带。视频 信号重放系统，含将已录的控制信号从已录的折叠去 加重亮度信号中分离出的电路。展开电路展开重放 的亮度信号产生宽带去加重亮度信号。自适应再加 重电路依分离出的控制信号提升展开的亮度信号高 频部分的电平。

Description

本发明涉及以反向兼容的方式通过窄带通道传输宽带亮度信号的系统。

在当前的盒式录象机（VCR）系统中，相对而言的宽带视频信号被记录在相对而言的窄带介质即录象带上。这是通过在将亮度信号（以及色度信号）记录在录象带上之前对被记录的亮度信号进行带宽限制来实现的。当已被记录的信号被再现和显示时，这一带宽限制导致图象的劣化。

为了使全带宽亮度信号能够被记录在窄带录象带上，已经发展了多种技术。这些技术之一是将亮度信号的高频部分折叠到其频谱低频部分的未被使用的部分中去，即一种被称为折叠的技术。这一被折叠的亮度信号与视频信号的色度分量组合在一起，组合后的信号被记录在盒式录象带上。组合信号包含在全带宽视频信号中出现的全部信息，但只占有（与色度信号一道）不宽于标准录象带的较窄的带宽的带宽。已被记录的全带宽视频信号然后在放象期间通过将色度信号从被折叠的亮度信号进行中分离、展开被折叠的亮度信号以及将色度信号与被恢复的全带宽亮度信号再次组合而被再现。

使用折叠技术的盒式录象机存在的一个问题是：用折叠技术进行记录的盒式录象带与不具备展开放象电路的盒式录象机不能反向兼容。这就是说，录有被折叠的全带宽视频信号的盒式录象带不能于放象通道中不具备展开电路的盒式录象机上放象而不产生有害的赝象。

对这一问题的已有解决办法就是在将亮度信号的高频部分折叠到低频分量中去之前减少它的幅值，即一种被称为去加重的技术。该去加重的折叠的亮度信号随后与色度信号组合在一起，且该组合后的信号被记录在录象带上。一旦放象。就将折叠的去加重亮度信号从色度信号中分离出来。该被分离的亮度信号随之被展开，且增大高频部分的幅值以便将其恢复到其原来的电平，即一种被称为再加重的技术。如果这种录象带在不具备展开和再加重电路的盒式录象机上重放，由于在低频部分中亮度信号的高频部分的存在而引起的赝象就不足为害了，这是因为产生赝象的亮度信号的高频部分的幅值在折叠之前已被减少到无害的电平。

在由Strolle等人在1990年8月17日申请的美国专利第07/569，029、题为《改进的视频信号记录系统》中（DNC-90-002）中描述了在亮度信号记录通道中包含自适应去加重电路和在放象通道中包含自适应再加重电路的视频信号记录系统。在上述专利申请中提到的自适应去加重电路包含检测亮度信号的高频部分电平的电路以及根据被检测的信号电平可变地减少高频部分的电平的电路。如果亮度信号的高频部分的电平为高电平，那么就将高频部分的电平减少一最大量;如果该电平为低电平，那么就减少一最小量。

在上述专利申请的放象通道中的自适应再加重电路实际上进行相反的操作。这一自适应再加重电路包含检测被展开的亮度信号高频部分的电平的电路以及根据该被检测的电平可变地增大高频部分的电平的电路。如果被展开的亮度信号的高频部分的电平较高，就将该电平提升一最大量;如果电平较低，就将该电平提升一最小量。

因为当亮度信号高频部分的电平为高电平时它被减少一最大量，而当它为低电平时被减少一最小量，所以高频部分的电平被控制为总是处于约同一电平。这一去加重的亮度信号然后被折叠、记录、放象和展开。所有这些步骤都会引进噪声。如果引进的噪声改变了高频部分的被检测的电平，则再加重功能实际上就可能不是去加重功能的相反操作了。

需要于在放象通道中具备展开电路的盒式录象机中产生尽可能高质量的图象，同时保持与放象通道中不具备展开电路的盒式录象机的反向兼容性。这就要求亮度信号的高频部分在记录通道中被减少的数量基本上相当于亮度信号的高频部分在放象通道中被增大的数量。因此，需要增加去加重与再加重功能间的响应。

根据本发明的原理，视频信号记录系统包括一个用于产生表示全带宽亮度信号的高频部分电平的控制信号的电路。自适应去加重电路根据控制信号来减少亮度信号高频部分的电平。已去加重后的亮度与控制信号相结合并录在视频磁带上。

根据本发明的另一原理，视频信号重放系统包括一用来将先前已记录的控制信号从先前已记录的去加重亮度信号中分离出来的电路。自适应再加重电路根据分离出的控制信号提升展开的亮度信号的高频部分的电平。

根据本发明原理的视频信号记录系统将在已记录的视频信号的去加重与重放的亮度信号的再加重间保持更高精度，这是由于用于对记录的亮度信号去加重的控制信号被记录下并用于对重放的亮度信号再加重。

图1为根据本发明原理的视频信号记录/重放系统一部分的方框图;

图2为可被用于图1所示的视频信号记录/重放系统中的自适应去加重电路和控制信号发生器的方框图;

图3为有助于理解图2所示自适应去加重电路操作的一组相关波形图;

图4是可以与图2所示去加重电路一道使用的再加重电路的方框图。

图1是根据本发明的原理的视频信号记录/重放系统的方框图。在图1中，亮度信号输入端5被耦合到全带宽亮度信号源（未画出来）。例如，亮度信号输入端5可被耦合到在视频信号记录/重放系统中的亮度-色度分离器的亮度输出端或者摄象机的亮度输出端。亮度信号输入端5被耦合到自适应去加重电路10的信号输入端和控制信号发生器80的输入端。自适应去加重电路10的输出端被耦合到折叠电路20的输入端。折叠电路20的输出端被耦合到组合电路30的亮度信号输入端。组合电路30的输出端被耦合到用于将组合后的信号记录在记录介质上的机构上。记录机构和介质由熟知的部件构成，此处用盒式录象带40来表示。

控制信号发生器80的控制信号输出端被耦合到自适应去加重电路10的控制信号输入端和组合电路30的控制信号输入端。色度信号输入端25被耦合到色度信号源（未画出）上。例如，色度信号输入端25可被耦合到在视频信号记录/重放系统中的亮度-色度分离器的色度输出端或者摄象机的色度输出端。色度信号输入端25被耦合到组合电路30的色度信号输入端。

盒式录象带40还表示构成从磁介质中恢复先前被记录的信号的重放装置的已知部件。盒式录象带40被耦合到信号分离器50的输入端。信号分离器50的亮度信号输出端被耦合到展开电路60的输入端。展开电路60的输出端被耦合到自适应再加重电路70的信号输入端。自适应再加重电路70的输出端被耦合到亮度信号输出端15。亮度信号输出端15被耦合到用于再现来自自适应再加重电路70的全带宽亮度信号的应用装置（未画出）。应用装置可以例如是产生复合视频信号的亮度-色度信号合成器或者是高分辨率电视监视器的亮度信号输入端。

分离电路50的控制信号输出端耦合到自适应再加重电路70的控制输入端，且分离电路50的色度信号输出端被耦合到色度信号输出端35。色度信号输出端35被耦合到用于色度信号的应用电路。例如，应用电路可以是用于产生复合视频信号的亮度-色度信号合成器或者是高分辨率电视监视器的色度信号输入端。

视频信号记录/重放系统领域的技术人员应当懂得在记录/重放系统中还必须有除图1所示的那些部件之外的部件。本领域的技术人员应当懂得这些元件应设置在何处，它们应如何相互连接。为清楚起见，图1省略了这些部件，以下也不再详述。

工作时，控制信号发生器80产生表示全带宽亮度信号高频部分的电平的控制信号。控制信号被耦合到自适应去加重电路10的控制信号输入端。自适应去加重电路10根据来自控制信号发生器80的控制信号可变地减少全带宽视频信号高频部分的电平。自适应去加重电路10和控制信号发生器80将在下面详细讨论。

来自自适应去加重电路10的去加重亮度信号的高频部分随后在折叠电路20中被折叠到低频部分中去。上述美国专利申请（DNC-90-002）描述了可用作图1中的折叠电路20的典型的折叠电路。

来自折叠电路20的被折叠去加重亮度信号、来自色度信号输入端25的色度信号以及来自控制信号发生器80的控制信号在组合电路30中被组合。由Strolle等人于1990年5月31日提交的第07/531，070号、题为“以辅助信号编码的色彩不足的彩色通道”的美国专利中描述了一个装置的实例，该装置可用来将色度信号与控制信号相组合随后录在盒式磁带40上。组合后的控制信号和色度信号在录有被折叠的去加重亮度信号的频谱区域以下的频谱区域中被录下。

放象时，分离电路50对来自盒式录象带40的信号进行处理。以上提到的美国专利申请第07/531，070还描述了一种可用作图1所示分离电路50的分离器电路。在这种分离电路50中，组合的色度信号和控制信号首先从已折叠的去加重亮度信号中分离出来。随之，色度信号从控制信号中分离出来。重放的折叠的亮度信号被加到展开电路、分离的色度信号被加到色度信号输出端35且控制信号被加到自适应再加重电路70的控制输入端。

展开电路60从低频部分展开亮度信号的去加重高频部分并且再生去加重的全带宽亮度信号。这一展开的去加重全带宽信号被传送到自适应再加重电路70的信号输入端。自适应再加重电路70根据控制信号可变地将亮度信号的高频部分提升。自适应再加重电路70的输出是其中高频部分已被恢复为正确电平的全带宽亮度信号。

图2是可被用于图1所示的视频信号记录/重放系统中的自适应去加重电路10和控制信号发生器80的方框图。在图2中，输入端5对应于图1的输入端5。输入端5被耦合到高通滤波器（HPF）82的输入端和减法器12的被减数输入端。减法器12的输出端与加法器18的输入端耦合。加法器18的输出端被耦合到输出端45。输出端45被耦合到（图1的）折叠电路20的输入端。

HPF82的输出端被耦合到减法器12的减数输入端、乘法器16的第一输入端和检波器84的输入端。检波器84的输出端被耦合到除噪器86的输入端。除噪器86的输出端被耦合到低通滤波器（LPF）88的输入端。LPF88的输出端产生控制信号K并且被耦合到一输出端55和1-K函数电路14的输入端。输出端55被耦合到（图1的）组合电路30的控制输入端。1-K函数电路14的输出端被耦合到乘法器16的第二输入端。乘法器16的输出端被耦合到加法器18的第二输入端。

本领域的技术人员应懂得在图2的各个位置需要延迟元件，还应懂得这些延迟元件应设置在何处以及延迟时间应为多长。为清楚起见，图2省略了这些延迟元件，以下也不再详述。

参看图3所示的波形图可以更好地理解自适应去加重电路10和控制信号发生器80的操作。工作时，HPF82和减法器12把亮度信号的高频部分从低频部分中分离出来。从HPF82输出的信号包含亮度信号的高频部分。在减法器12中从全带宽量度信号中减去亮度信号的高频部分，只剩下低频部分。

低频部分被传送到加法器18，与被衰减的高频部分组合以便形成去加重亮度信号。高频部分含有以垂直沿表示的亮度信息。图3A表示垂直沿的两个例子。在左侧表示大幅值的垂直沿，而在右侧表示小幅值的垂直沿。图3B表示在HPF82输出端处的信号。检波器84对这一信号进行检波，图3C表示检波器84输出端处的信号。

除噪器86消除小幅值边沿对去加重功能的影响。除噪器86作为阈值电路工作。如果输入信号的值小于阈值，那么就产生零值信号。如果输入信号的值大于阈值，那么输出信号的值就是小于阈值的输入信号的值。图3D表示除噪器86输出端处的信号。参看图3C，虚线表示阈值。在图3D中，只有图3C所示的被检波信号的超过阈值的部分通过除噪电路86，产生如图3D所示的信号。

除噪器86的输出信号被通过LPF88以便产生图3E所示的控制信号K。LPF88将控制信号展宽，使控制信号在垂直沿附近缓慢地变化。该信号为加到（图1的）组合电路30的控制信号输入端的控制信号K。控制信号K随后被录在盒式磁带40上并用于控制在（图1的）自适应再加重电路70中亮度信号的再加重。控制信号K按比例在当亮度信号高频部分的电平低时的零和当高频部分的电平高时的1/2之间变化。控制信号K随后在1-K函数电路14中被值1减，产生图3F所示的信号。1-K函数电路14可以用已知的模拟或数字算术单元的方式来实现，或者在数字方案的场合用查表法来实现。该信号在当亮度信号高频部分的电平低时的1到当高频部分的电平高时的1/2之间变化。该信号被加到乘法器16的一个输入端上。乘法器16通过将亮度信号的高频部分乘以1-K信号按比例改变亮度信号高频部分的电平。这一按比例改变的高频部分随后被加到亮度信号的低频部分以便形成去加重亮度信号。

当高频部分的电平高时，比例因数是1/2，高频部分的电平被减掉一半。当高频部分的电平低时，比例因数近乎为1，且高频部分的电平不加衰减地通过。处于亮度信号高频部分的中间电平时，比例因数是1/2和1之间的中间值，在去加重亮度信号中的高频部分的电平处于相应的中间值。

图4是图1所示的自适应再加重电路70的方框图。在图4中，输入端71被耦合到（图1的）展开电路60的输出端。输入端71被耦合到减法器72的被减数输入端和高通滤波器（HPF）76的输入端。减法器72的输出端被耦合到加法器74的第一输入端。加法器74的输出端被耦合到输出端15。输出端15对应于图1的输出端15。

HPF76的输出端被耦合到减法器72的减数输入端和乘法器78的第一输入端。输入端75耦合到（图1的）分离器50的控制信号输出端。输入端75耦合到1+2K函数电路77的输入端子上。1+2K函数电路77的输出端子耦合到乘法器78的第二输入端。

工作时，HPF76和减法器72把再现的被展开的去加重亮度信号的高频部分从低频部分中分离出来。HPF76的输出是高频部分，当在减法器72中从全带宽的被展开的去加重亮度信号中减去这一信号时就只剩下低频部分。

先前被录在录象带上的控制信号K被乘以2并将产生的结果在1+2K函数电路77中加1。函数电路77可以以已知的模拟或数字算术单元的方式实现或以在数字实现方式下的查寻表实现。这样，如果信号K的值是零，则从1+2K函数电路77中的输出信号的值为1，且当信号K的值为 1/2 ，则从1+2K函数电路77中的输出信号的值为2。图3G示出这个控制信号。这一信号用于从高通滤波器76中成比例地改变再生的去加重后的亮度信号的高频部分。

去加重后的亮度信号的高频部分由乘法器78成比例地改变。当原控制信号K的值为零时（当高频部分的电平小时），则记录的高频部分由值为1的1-K信号成比例地改变。这样，高频部分未加衰减。一旦重放时，重放的高频部分由值也为1的1+2K信号成比例地改变。这样，高频部分未加提升。在这种情况下，重放的高频部分的电平被恢复到与记录后的高频部分的电平相同。

当原控制信号K的值为 1/2 时（当高频部分的电平大时），则记录后的高频部分由值为 1/2 的1-K信号成比例地改变。一旦重放时，重放的高频部分由值为2的1+2K信号成比例地改变。这样，原来曾被衰减了 1/2 的高频部分随后以2倍被提升。在这种情况下，重放的高频部分的电平也被恢复到与记录的高频部分的电平相同。

来自乘法器78的再加重的高频部分在加法器74中与来自减法器72中的低频部分再组合。加法器74的输出为全带宽亮度信号。但是，因为亮度信号的高频部分在（图1的）折叠电路20中被折叠到低频部分中去之前已被衰减，如果这样被记录的盒式录象带其后在不具备展开电路的盒式录象机上放象的话，因高频部分的存在而引起的赝象将不足为害。这样的盒式录象机是反向兼容的。

概括地描述了这种视频信号记录/重放系统。这一系统可用连续或离散数据形式的模拟方式来实现，或者以数字的方式来实现。本领域的技术人员应当懂得用任何所需的方式如何来实现这一系统。

Claims (16)

1、一种在记录介质上记录亮度信号的系统，其特征在于包括：

用于产生表示所述亮度信号的高频部分的电平的控制信号的装置；

用于根据所述控制信号减少所述高频部分的电平的装置；以及

用于将电平减少了的亮度信号与所述控制信号相组合并将组合后的信号记录在所述介质上的装置。

2、根据权利要求1所述的记录系统，其特征在于所述发生装置包括：

从所述亮度信号中分离出高频部分的装置;以及

根据所述高频部分、只有当所述高频部分的电平超过预定的阈值电平后，用于产生所述控制信号的装置。

3、根据权利要求2所述的记录系统，其特征在于所述分离装置包括一个高通滤波器。

4、根据权利要求2所述的记录系统，其特征在于所述控制信号发生装置包括：

响应所述高频部分的检波器;

耦合到所说检波器、仅响应于超出所说阈值电平的电平的除噪器;以及

耦合到所说除噪器、产生所说控制信号的低通滤波器。

5、根据权利要求1所述的记录系统，其特征在于所述电平减少装置包括：

把所说亮度信号的高频部分从低频部分中分离开来的装置;

用与所说控制信号相关的比例因数按比例改变所说高频部分的装置;以及

将所述成比例改变的高频部分与所述低频部分组合以形成所述电平减少了的亮度信号的装置。

6、根据权利要求5所述的记录系统，其特征在于所述分离装置包括：

根据所述亮度信号产生所述高频部分的高通滤波器;以及

用于从所述亮度信号中减去所述高频部分以产生所述低频部分的减法器。

7、根据权利要求5所述的记录系统，其特征在于所述按比例改变装置包括用所说比例因数来乘所说高频部分的乘法器。

8、根据权利要求7所述的记录系统，其特征在于所说按比例改变装置还包括响应所说控制信号、用来产生所说比例因数的函数电路。

9、根据权利要求8所述的记录系统，其特征在于：

所说控制信号发生器产生具有从当所说高频部分的电平较小时的零值变化到当所说高频部分的电平较大时的 1/2 值、以及处于所说高频部分的中间电平时具有中间值的信号K;

所说函数电路产生具有从当所说控制信号K的值是0时的1变化到当所说控制信号K的值是 1/2 时的值 1/2 、以及在处于所说控制信号K的中间值时具有中间值的比例因数1-K。

10、用来从包含预先被记录的组合后的电平减少了的亮度信号和控制信号的介质中再现亮度信号的系统，其特征在于包括：

用于从所述介质中再现所述组合后的信号并从所述电平减少了的亮度信号中分离出所述控制信号的装置;以及

根据所述控制信号用于提升所述电平减少了的亮度信号的高频部分的电平以产生所述亮度信号的装置。

11、根据权利要求10所述的再现系统，其特征在于所述提升装置包括：

用于从低频部分中分离出所述电平减少了的亮度信号的高频部分的装置;

用与所述控制信号相关的比例因数按比例改变所述高频部分的装置;以及

用来将所述按比例改变的高频部分和所述低频部分组合后以形成所述亮度信号的装置。

12、根据权利要求11所述的再现系统，其特征在于所述分离装置包括：

响应于所述电平减少了的亮度信号以便形成所述高频部分的高通滤波器;以及

将所述电平减少了的亮度信号与所述高通滤波器相减以便形成所述低频部分的减法器。

13、根据权利要求11所述的再现系统，其特征在于所述成比例改变装置包括用所述比例因数来乘所述高频部分的乘法器。

14、根据权利要求13所述的再现系统，其特征在于所述成比例改变装置还包括响应所述控制信号、用来产生所述比例因数的函数电路。

15、根据权利要求14所述的再现系统，其特征在于所述再现装置和分离装置产生一控制信号K，该信号K具有从当所述高频部分的电平被提升一最小量时的零变化到当所述高频部分的电平被提升一最大量时的 1/2 、以及当高频部分的电平被提升一中间量值的中间值时的值;以及

所述函数电路产生一比例因数1+2K，该比例因数1+2K具有从当控制信号K的值为0时的1变化到当控制信号K为 1/2 时的2、以及当所述控制信号K为中间值时的中间值的值。

16、用于将亮度信号记录在记录介质中并从记录介质中重放所述亮度信号的系统，包括：

用于产生表示所述亮度信号高频部分电平的控制信号的装置;

根据所述控制信号用于减少所述高频部分电平的装置;

用于将电平减少了的亮度信号与所述控制信号组合并将组合后的信号记录在所述介质上的装置;

用于将所述组合后的信号从所述介质中再现，并且从所述电平减少了的亮度信号中分离出所述控制信号的装置;以及

根据所述控制信号用于提升所述电平减少了的亮度信号的高频部分的电平以产生所述亮度信号的装置。

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