CN1108848A - 数字电视的彩色分离器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数字电视接收机(10)的彩色分 离器(12)，输入电视信号直接进入彩色分离器(12)两 个不同的通路中。沿着第一通路，模拟分离器Y (12a分离出亮度分量，然后，A/D转换器以提供所 希望的每显示行取样数的速率对它进行取样。沿第 二通路，A/D转换器(12C)以适用于数字彩色分离 的速率对组合信号进行取样，然后用数字分离器C (12d)分离色度取样信号。然后换算单元(12e)换算 色度取样信号，提供所希望的每行承样信号数。

Description

本发明涉及电视接收机，尤其涉及对输入视频信号进行取样以获得改变显示方式的像素数据。

在许多电视广播信号中，尤其是NTSC和PAL制中的信号，规定了水平扫描频率（Fh）和彩色副截波频率（Fsc）之间的关系。例如，在NTSC信号中，在单一的通道中传输亮度和色度信号，色度的副截波为3.58MHz，等于行频15，734.26Hz乘以455/2。这种关系使得在电视接收机中能把亮度和色度分量分离开来，因此，在把原始的彩色信号恢复以进行显示之前避免了它们之间的干扰。

在NTSC制式的数字电视系统中，一般的数字彩色分离算法要求取样速率是副载波3.58MHz的若干倍。通常所用的取样速率约为14.318MHz，称为“4fsc”速率。其结果是每行实际视频数据有约763个取样信号。

4fsc取样速率的问题是它不是总是与每行所希望的像素数（水平分辨率）所要求的取样速率一致。例如，诸如“宽NTSC”等的当代增强清晰度的电视系统要求图像宽度比以前的图像宽，其宽高比为16∶9。所希望的宽高比和每帧实际行数决定了水平分辨率。

最简单的取样方法是每个像素取一个样。但，通常，NTSC彩色分离和所希望的宽高度比要求的取样速率是不同的。例如，宽度比为4∶3，480行显示要求每行640个像素。然而，如上所述，NTSC彩色分离的4fsc取样速率的结果是每行763个取样点。这需要几种装置来为所希望的水平分辨率提供取样。

一些现存的系统首先对输入数据以4fsc取样，或者以一些其它的色同步取样速率取样，进行彩色分离，然后把取样值换算成所希望的水平分辨率，用这样的方法提供所要求的每行像素数。然而，换算带来的问题是有可能产生显然的人为现象。而且，这种系统所增加的复杂程度使它们的成本提高。

本发明的一个方面是提供一种电视接收机的数字彩色分离器。模拟亮度分离单元接收经调谐的输入信号，然后把输入信号的亮度分量与色度分量分离。第一模/数转换器以由将显示的每行像素决定的速率对亮度分量进行取样。第二模/数转换器接收经调谐的输入信号并对其以适合数字彩色分离的速率进行取样。数字亮度分离单元接收第二模/数转换器的数据信号，并把亮度取样信号与色度取样信号分离。换算单元对色度取样信号进行换算，使每行的色度取样信号数与将显示的每行希望的像素数相同。此时，亮度和色度取样信号都对应于所希望的水平分辨率。

本发明的技术上的优点是它从NTSC信号中提供彩色分离数据，并能满足非NTSC显示制式所要求的水平分辨率。因为它不需要换算亮度分量。因而最大限度地减少了不希望有的人为现象。尽管还要换算色度分量，但，其较窄的带宽可减小人为现象。

图1是数字电视接收机视频部分的框图;

图2示出了图1的接收器的可编程形式。

图1示出了数字接收机10的一部分。应当理解，图中仅示出了用于获取输出像素数据的部分;没有示出用于同步和音频信号处理的部分。

虽然下面就广播电视信号的接收机作了描述，但应当理解，接收器10可以是任意类型的接收模拟混合视频信号和显示或存储由信号表示的图像的设备。

为说明之用，假设接收机10具有480行垂直分辨率。接收机10具有空间调制器（SLM）显示器，其特点是像素单元可单独寻址，使这些像素元能同时被打开或被关闭。通过对将要在一个图像帧期间被打开的那些像素进行寻址以及控制每个像素元都被打开的一帧时间长度来形成图象。SLM的一个例子是德克萨斯仪器股份有限公司制造的数字镜像装置（DMD）。DMD的镜像元件是方形的，所以对于给出的垂直分辨率（VR）和所希望的宽高比（AR），水平分辨率（HR）由下式确定：

AR＝HR/VR

因此，例如，对于所希望的宽高比为4∶3，每行的像素数为：

4/3＝HR/480

HR＝640

在美国专利5，079，544（名称为“标准独立数字化视频系统”）和美国专利序列号（代理案号：TI-17855，名称为“DMD显示系统”）中更详细地描述了DMD数字电视系统，上述两专利均转让给德克萨斯仪器股份有限公司，援引在此，以供参考。

视频输入可以是任何具有色度分量和亮度分量的模拟信号。在此，把亮度分量称为“Y”分量，把色度分量称为“C”分量。

为说明之用，假设输入信号是这样的，对数字彩色分离的取样频率与提供每行所希望的输出像素数的取样频率并不相同。例如如果输入信号为NTSC信号，其色同步信号为3.58MHz，用作同步信号以建立色度的频率和相位的基准。然而，如果以适合数字彩色分离的速率对输入信号进行取样，其结果是每行的取样数与所希望的水平分辨率不同。

信号接口11提供传统的信号接口功能，如，调谐和滤波。它还可以起到诸如除去同步信号的作用，这些与本发明的主题无关。对于本发明的目的，接口11的主要作用是向彩色分离单元12的两个不同的通路提供组合Y/C信号。

在彩色分离单元12的第一通路上，模拟Y分离器12a接收组合输入视频信号。分离器12a可以是作意一种把输入信号的亮度分量与色度分量分开以提供亮度信号的模拟装置。可以使诸如陷波或梳状滤波等传统的模拟彩色分离方法。

第一模/数（A/D）转换器12b接收Y信号，并以与每行所希望的输出像素数相一致的速率对Y信号进行取样。所需要的取样速率由每行所希望的像素数和实际视频信息的水平扫描时间确定。例如，在NTSC信号中，行周期为63.5微秒，其中实际的视频信息约为52.4微秒。对于480行，每行853个像素的显示方式（宽高比为16∶9），可由下式计算取样速率：

取样速率＝853个像素/52.4微少

＝16.31MHz。

对于480行，每行640个像素的显示方式（宽高比为4∶3），取样速率为：

取样速率＝640个像素/52.4微秒

＝12.21MHz。

在本发明一个改进的实施例中，A/D单元12b可以是可编程的，所以可以根据所希望的水平分辨率选择其取样速率。

A/D转换器12C的取样速率在此称为“输出像素速率”，因为它可以被写成将要被显示的每行像素数的函数。然而，场缓冲器14的一个作用可以是对不需要消隐周期的SLM接收机进行“场扩展”。场扩展可以把实际的视频数据扩展到整个场周期上，由此，减小传送数据给SLM18所需要的像素速率。

在彩色分离单元12的第二通路上，第二A/D转换器12接收组合视频输入信号。它以约为14.318MHz的速率对该信号进行取样，该频率为副载波频率3.58MHz的4倍。由于彩色信号每行有4.55/2个周期，所以这个4fsc速率导致每行910个周期。每行输入信号因而被取样910次。这些910个取样信号中的约750个表示实际视频数据，其余为消隐信息。

数字C分离单元12d把Y数据与C数据分离开来，并输出C信号。可以用传统的数字彩色分离方法来实现C分离单元12d。

此时，Y数据和C数据被分开，并且以数字形式提供。然而，Y和C信号已经以不同的速率取样。Y数据与所希望的水平分辨率相容，但C数据与所希望的水平分辨率不相容。下表示出了Y/C分离和取样之后的像素数据特征值：

宽高    4:3    16:9

Y数据    853    640

C数据    750    750

为了弥补这种不相容性，由水平换算单元12e来对C数据进行换算。换算操作把每行763个像素转换成所希望的每行输出数。

假设480行显示方式，宽高比16∶9，则把750个取样信号换算成853个取样信号，每个取样信号表示一个输出像素的色度数据。对于宽高比为4∶3的显示方式，把750个取样信号换算成640个取样信号。

可以使用许多换算算法中的任意一种来进行换算。对于16∶9的宽高比，取样换算算法的一个例子是双线性内插法，在该方法中，每两个相邻的取样信号之间加进一个新的取样信号。对于色度数据，可以使用“近似邻近值”（near    nighbor）方法。因为速率750/853约为9/10，因此，每9个取样信号加进一个新的取样信号。应当理解，一些换算算法可能导致过取样或欠取样，所以取样信号数并不必与所希望的输出像素数精确相等。在换算了C数据之后，Y和C取样信号可用于所希望的水平分辨率。

如A/D单元12b一样，换算单元12e可以做成可编程的，所以可以根据所希望的宽高比来改变换算率。

虽然在图1中把换算单元12e画成单独的处理单元，但其功能可以由处理单元15来实现，可对处理单元15进行编程来实现换算算法以及下文描述的其它处理任务。而且，处理单元15还可以在色度处理通路的各个点上进行水平换算。

处理单元15完成各种视频处理算法，例如，把数字信号由色差信号转换成RGB信号，完成进行性的扫描转换以及去γ校正。

存贮器17是一个在处理单元15进行处理时的像素数据存贮器，也是一个把像素数据提供给SLM19的帧存贮器。在一个SLM或接收机10中，数据以“位-平面”（bit-planes）方式传送，由格式器18格式化。上图援引的美国专利序列号-（代理案号：TI-17855）更详细地描述了存贮器17、格式器18和SLM19，援引在此，以作参考。如上所述，SLM19的输出格式可以根据A/D转换器12b的取样速率和换算单元12e的换算系数改变。与在此描述的例子相一致，SLM19可以显示4∶3宽高比的640×480个像素，或者16∶9宽高比的853×480个像素。

虽然图1中没有示出，但彩色分离单元12可以用于具有CRT显示器的数字接收机。接收机可以用CRT（未示）来代替格式器18和SLM19。对于这种接收机，数据被转回模拟形式，并被扫描到CRT而不是传送给SLM18。

图2示出了图1彩色分离器的可编程形式。

如上所述，A/D转换器12b和换算单元12e都可以制成可编程的。HR选择单元21可以允许用户进行选择，以设定任意一种对应于输入电视信号的格式。确定用于合适取样速率和换算系数的控制信号，并把它分别传送给A/D转换器12b和换算单元12e。

另一些实施例

尽管已经参照附图对本发明进行了描述，但这种描述不能被看作限制。对于本技术领域的熟练人员来说，对所揭示的实施例进行各种更改以及其它一些可能的实施例是明显的。因此，预料，所附的权利要求书将覆盖所有落入本发明真实范围内的所有更改。

Claims (15)

1、一种视频信号接收机的数字彩色分离器，包含：

模拟亮度分离单元，接收视频输入信号，并把所述输入信号的亮度分离与色度信号分开；

第一模/数转换器，以由将显示的每行像素数确定的速率对所述亮度分量进行取样；

第二模/数转换器，接收所述输入信号，以及以适用于数字彩色分离的速率对所述输入信号进行取样；

数字色度分离单元，接收所述第二模/数转换器的数据取样信号，并把色度取样信号与亮度取样信号分开；和

换算单元，换算所述角度取样信号，使每行色度取样信号数与所希望的将显示的每行像素基基本相等。

2、如权利要求1所述的数字彩色分离器，其特征在于，所述第一模/数转换器是可编程的，其取样速率可以改变。

3、如权利要求1所述的数字彩色分离器，其特征在于，所述换算单元是可编程的，其换算系数可以改变。

4、如权利要求1所述的数字彩色分离器，其特征在于，所述第二模/数转换器以成倍于色度副载波频率的速率对所述输入信号进行取样。

5、如权利要求1所述的数字彩色分离器，其特征在于，所述第一模/数转换器以所希望的输出像素速率对所述亮度分量进行取样。

6、如权利要求1所述的数字彩色分离器，其特征在于，所换算单元为逻辑电路。

7、如权利要求1所述的数字彩色分离器，其特征在于，所述换算单元是用换算算法进行编程的处理器。

8、一种把亮度分量从电视输入信号的色度分量中分离出来的方法，包括下列步骤：

用模拟亮度分离单元分出所述输出所述输入信号的亮度分量，提供亮度信号;

以由将要显示的所希望的每行像素数确定的速率对所述亮度信号进行取样;

以适用于数字彩色分离的速率对所述输入信号进行取样，提供组合亮度/色度数据取样信号;

用数字色度分离单元把色度取样信号与所述组合亮度/色度数据取样信号的亮度取样样本分开;以及

换算所述色度取样信号，使每行的取样样本数与所述将显示的所希望的每行像素数基本相等。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述输入信号进行取样的所述步骤中的取样速率为色度副载波频率的倍数。

10、如权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述亮度信号进行取样的所述步骤中的取样速率通过让所述的每行期望像素数除以实际视频信号的行周期来确定。

11、如权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包含选择对所述亮度信号进行取样这个所述步骤所使用的速率。

12、一种数字视频信号接收机，包含：

彩色分离器，具有：

模拟亮度分离单元，接收所述视频输入信号，把所述输入信号的亮度分量与色度信号分开;

第一模/数转换器，以由将显示的每行像素数确定的速率对所述亮度分量进行取样;

第二模/数转换器，接收所述输入信号，以适用于数字彩色分离的速率对所述输入信号进行取样;

数字色度分离单元，接收所述第二模/数转换器的数据取样信号，并把色度取样信号与亮度取样信号分开;和

换算单元，换算所述色度取样信号，使得每行色度取样信号数与将显示的每行期望像素数相等;

处理器，接收来自所述第一模/数转换器的亮度数据和来自所述换算单元的色度数据，并对所述数据进行像素处理;和

存贮器，在处理期间存贮像素数据，并向显示器提供数据。

13、如权利要求12所述的接收机，其特征在于，进一步包含：格式化器，接收所述存贮器的像素数据，并对所述像素数据格式化;和空间调制器，显示格式化数据。

14、如权利要求12所述的接收机，其特征在于，进一步包含：模/数转换器，接收所述存贮器的像素数据，并把所述像素数据转换成模拟显示信号;和扫描型显示器，显示所述显示信号。

15、如权利要求12所述的接收机，其特征在于，所述换算单元合并入所述处理器中。

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