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对复合视频信号的视频信号俘获和压缩的系统和方法

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CN1160964C
CN1160964C CN 98808699 CN98808699A CN1160964C CN 1160964 C CN1160964 C CN 1160964C CN 98808699 CN98808699 CN 98808699 CN 98808699 A CN98808699 A CN 98808699A CN 1160964 C CN1160964 C CN 1160964C
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皮特・A・汤姆森
皮特·A·汤姆森
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罗技公司
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Abstract

本发明揭示了一种用于压缩和解压缩复合视频信号的系统和方法。在一种操作型式中,复合视频信号(例如NTSC信号)被加以采样,并取决于系统模式类型(PREVIEW或HIGHRES)取样值被压缩成3或5bit的复合值。对于HIGHRES模式,此压缩复合值被为至少与二最近帧相关的4场写进—RAM(160)。在需要时,压缩值被传送到软件(220)中实现的译码机(200)。此译码机无需任何锁相环电路解压缩此数据并将被解压缩的数字复合值译码成YUV和/或RGB值。本发明还揭示了为将数字视频信号变换到复合视频信号的系统和方法。

Description

对复合视频信号的视频信号俘获 和压缩的系统和方法

技术领域

本发明总的说是关于视频信号俘获和压缩系统,而具体说是关于用于俘获、压缩、和存储多帧电视视频信号的系统。

背景技术

现今公知的有许多系统用于俘获和压缩视频信号剪辑。典型的视频信号俘获系统采用昂贵的带有锁相环电路的电视译码器芯片,首先将模拟视频信号变换成作RGB或YUV格式化的数字视频数据,然后在8与24bit/pixel(bpp)之间将此数字视频数据发送到硬盘或其他储存装置。多数系统采用离散余弦变换(DCT)、向量量化、及其他方法利用硬件压缩YUV或RGB数据。这些系统需要复杂昂贵的硬件压缩集成电路(IC)。

典型地,RGB数据以24、16或15bit/pixel(bpp)发送。YUV数据以16、12或9bpp发送。作调色板化的RBG数据使得能同时有256种色彩以8bpp发送。采用硬体压缩,对高质量图象的每一象素的比特位值被降低到4和3bpp,对各不同格式的估算图象品质为:24bpp时RGB和16bpp时YUV为100%;16bpp时RBG和12bpp时YUV为85%;15bpp时RGB为75%:在3bpp时以JPEG DCT和在4bpp时以向量量化作硬件压缩为60%;和作调色板化的RGB为50%。

这些系统中每一个均需要电视译码器芯片和复杂的锁相环电路。没有一个这样的系统不用硬件压缩能得到高品质的压缩和高数据率。这些系统均不直接将经压缩的原始视频数据发送到外部计算机加以存贮。

发明内容

概括地说,本发明是一仅需要发送3 bpp到外部计算机以维持75%的图象品质水平的视频信号俘获和压缩系统的方法。这是利用排除硬件电视译码器芯片、复杂的锁相环电路或压缩IC的简单电路实现的。故而,本发明利用非常简单的硬件完成视频信号俘获功能而产生优于传统的视频俘获系统的结果和可与由最好的、极为昂贵的硬件压缩芯片所取得结果相匹敌的结果。

具体说,本发明的方法是在用NTSC或PAL标准的复合TV信号的已被压缩的特征。在本方法中,模拟视频信号被数字化和将此数字化复合视频信号数据的有效视频部分由7、6、5、4或3bpp分别压缩到5、4、3、2或1bpp。不经压缩以14MHz采样的并使其数据取样值被裁取到5bit的数字化NTSC信号将保持75%它的图象品质。

模拟复合信号中的彩色信息被编码进数字复合视频信号的各取样值中。这种编码措施使复合视频信号取样能在各样值中实际上保留,与在NTSC信号被译码成分开的Y、U和V(或Y、I和Q)成份后亮度(Y)部分单独所保留的同样的信息量。对于作YUV 4∶2∶2格式化的数据(每二个U和V取样作四个Y采样的通用形式),这一方法提供100%的数据空间节省。对于YUV 4∶1∶1格式,此法得到50%的(空间)节省。

为利用由复合视频信号中得的复合视频信息的优选系统包括俘获单元,存储单元和视频信号操作块。俘获单元数字化、俘获和压缩来自复合信号的视频信息。存储单元存贮由俘获单元产生的经修改的视频数据。操作块检索被存贮的视频信息将其译码成YUV格式,或某种另外的格式,例如RGB或YIQ,供以后显示用。

一种用于将图象被表述为一系列帧的模拟复合视频信息的视频信息压缩、解压缩、和俘获系统、其特征在于包括:硬件编码系统,所述硬件编码系统用于将摸拟复合视频信息变换成一系列N位的压缩数字复合取样;存贮器,所述存贮器耦合到硬件编码系统,以存储至少一场压缩数字复合取样;以及软件译码器,所述软件译码器用于接收、解压缩、和译码压缩数字复合取样成为能由其再生图象的对应数字视频信号,此软件译码器用于进行高分辨译码操作,其中,无需锁相环电路,来自四个场的压缩数字复合取样被同时用来生成所述数字视频信号。

附图说明

由下面结合附图所作的详细说明及附列的权利要求将较容易地看到本发明一些另外的目的和特点,所列附图为:图1为本发明的将模拟NTSC信号作为数字视频信号俘获的优选实施例的方框图;图2A为描述由本发明检测和译码得的关键特征的NTSC信号的曲线图;图2B为组成—NTSC帧的二场的关系的曲线;图2C为描述本发明的数字压缩方法的典型NTSC信号的曲线;

图3为图1的ASIC的扩展方框图;图4为图1的计算机/译码机200的扩展方框图;图5为用于PREVIEW(预览)模式由译码机所进行步骤的流程图;图6为描述用于PREVIEW模式如何对相邻对行进行译码的图形;图7A为用于高分辨率(HIGRES)模式由译码机所进行步骤的流程图;图7B描述图7A的流程图中的步骤418a~418e;以及图8为存储在计算机上的数字视频数据被作为模拟NTSC信号编码时的替代实施例的方框图。

具体实施方式

参看图1,表明本发明的能俘获、压缩、存贮和译码可以是作NTSC或PAL格式化信号的复合视频信号111的优选实施例110的方框图。此优选实施例包括有输入放大器120,低通滤波器(LP)124,模/数转换器(A/D)122,进行视频信号压缩的应用特定ASIC140,并行端口180和执行解压缩和译码软件220的计算机200。

参看图2A,表明代表模拟复合视频信号111的电压-时间曲线。模拟数据每一行的起端以特定宽度的同步脉冲SP开始。随同步脉冲SP之后是一为译码信号的视频成分VC中的彩色信息NTSC译码器必须同步到的预定频率的彩色脉冲群脉冲CP。在NTSC系统中,CP为3.57MHz的9个正弦波周期。随CP之后的是行的视频成分VC,它由被I和Q色度成分调制的3.57MHz的正弦波和用于亮度成分的DC电压组成。组成TV图象一帧的扫描行的关系对照图2B进行说明。

参看图2B,表明构成一帧TV图象的扫描行的分布。各帧由二交错行的场F1和F2组成。这样,相邻图象来自不同的场。结果,图象所取自的源(场)中的运动将使得相邻行包括有稍许不同的信息。当在由这样一图象俘获一静片时这种运动会在此静片中造成模糊。本发明的一个目标是检测并消除这样运动的后果来提供由复合视频图象得到最清晰可能的静片图象俘获。

参看图1,放大器120对输入复合信号111进行放大,将放大的信号121传送到低通滤波器124。低通滤波器124对被放大信号121进行防混淆操作,在此将可能被作为同带传输信号解调的高频成分由信号121中去除。经滤波的输出125被A/D122以足够俘获信号125中的最高频率信息内容的频率采样,所得的取样值作为8bit数据输出到ASIC140。在此优选实施例中,复合数据111为NTSC视频数据流,A/D采样频率为14.3MHz。

此优选实施例以二种模式之一运行:PREVIEW为一最适用于由计算机200预检复合视频数据流111的相对低分辨率模式;和HIGHRES为一用于由复合视频数据流123俘获高品质静片的高分辨率模式。在PREVIEW模式中ASIC140生成每取样值3bit的压缩视频数据,和在HIGHRES模式中ASIC140生成每取样值5bit的压缩视频数据。

ASIC140以能利用软件220将取样值译码成各种不同格式(如RGB,YUV)的数字视频信号而无需复杂昂贵的锁相环电路的状态压缩复合取样值。ASIC140利用包括有同步脉冲141和彩色脉冲群时间脉冲141b的控制信号来控制增益和粹发脉冲定位。ASIC140检测复合取样123中时应于复合信号111中的界标的特征,利用由系统模式(PREVIEW或HIGHRES)所确定的压缩方法压缩复合取样值123,而后将经压缩的数据存储进存贮器160。ASIC140以通常的方式应用18bit地址线141c,行地址选通脉冲(RAS)141d,列地址选通脉冲(CAS)141e,写使能信号WE’141f和16bit数据通路141g将数据写入存贮器160。在此优选实施例中,存贮器160为一0.5兆字节(MB)存贮器,尽管更大存贮器也可以采用,但如果人们愿意牺牲图象质量,如由为各图象场存贮较小数据所需亦可以是更小的存贮器。

当系统处于PREVIEW模式时,相当于8场的压缩取样被存放在存贮器160中各自的64KB缓冲器中(在此优选实施例中每一场实际占据45KB)。当系统处于HIGHRES模式时,4场被相邻接地存放在存贮器160中的511KB中。除压缩的视频取样值外,还在存贮器中存放有:彩色脉冲群取样(PREVIEW模式为16/行,HIGHRES模式为32/行);每一16取样块的MINIMUM(最小量)和MULTIPLIER(系数)值;和时标和识别符值。时标由一14MHz自激6bit计数器148产生。时标和识别符的一个比特位被附加到数据流181作为此数据流181的bit15。时标占用分包数据流181的最初的少量取样向其余的bit15则被用作为识别符。识别符对每一16压缩象素块生成一1和0的分布形式以使得能发现起始和结果。PREVIEW与HIGHRES模式间数据大小的差异是由于每一取样的bit数的不同(3对5)和PREVIEW模式中每行存储一半取样数这种情况造成的。PREVIEW模式每帧仅俘获一场,在循环方式中它连续俘获进8个缓存器。在需要时计算机200按ASIC140所作选择装载最后一被填满的缓存器。

ASIC140控制通过标准并行端口180将存放在存贮器160中的压缩数据输出到计算机200。并行端口180与ASIC140间的接口包括有用于压缩取样的8bit数据通路179a,被计算机用来中继数据流命令到ASIC140的由并行端口180至140的4bit控制通路179b,和被ASIC140中继数据流和压缩状态到计算机200的5bit状态通路179c。

对ASIC140的另一输入为来自一以28.63MHz(此为复合信号111的彩色脉冲群频率的8倍)运行的晶体173的时钟信号141h。时钟信号141h提供为ASIC140压缩和时间标定数字视频信号取样所需的定时控制。

计算机200通过并行端口180由ASIC接收数字取样值181。计算机中执行的软件220以取决于系统模式的状态解压缩取样值。此软件220的关键特征在于它解压缩取样无需采用复杂的锁相环电路。为此该软件220利用数字取样值中的界标,例如由ASIC140所加的同步和彩色脉冲群脉冲及时标,来重建被复合数据调制的正弦波载波的频率。然后软件220将取样值与重建的载波相匹配,解压缩取样,以及如果需要的话将取样作彩色间距变换到为计算机200所支持的数字视频信号格式。例如,如果被解压缩的取样被格式化作为YUU数据和计算机仅显示RGB数据,软件220即由此被解压缩取样提取亮度(Y)和色度(U和V)信息,而后应用公知的变换技术将Y、U和V成分转换到R、G和B成分。

当系统处于PREVIEW模式中时软件220在其成为可行时解压缩各帧的视频数据。各帧显示的帧实际上仅对应于一场。当系统处于HIGHRES模式时软件220同时处理来自4场的解压缩视频信息以便能由输入视频数据得到最高可能的静片图象品质。软件220用来获取高的最终图象品质的一种技术是进行逐帧比较来检测和去除最终图象中的运动。在一优选的运动-检测-去除方法中具有运动的区域被划出然后填充以利用对运动不太敏感的PREVIEW模式(亦即单一场)解压缩技术作解压缩的图象数据。现在参照图3更详细地说明ASIC140的操作。

参看图3,表明图1的ASIC140的扩展方框图。此图表示—ASIC140的优选实施例,包括有时钟转换电路142,同步检测器和格式化器144,RAM控制器部件146,计数器148,通信部件150,接口部件152和压缩部件154。来自A/D122的数字化取样123构成对ASI140的主要输入。这些取样值123由同步检测器144作初始处理,在视频数据每一行和场的起始检测视频同步信号由其组成输出到RAM控制器146和压缩部件154的控制信号。此同步信息使得能在顺各行的正确时间俘获彩色脉冲群和视频数据。

通信部件150结合寄存器156通过并行接口180由计算机200接收系统模式和控制信号151a、151b。至少为PREVIEW或HIGHRES之一的模式151a被存放在寄存器156之一中并被通信部件150分配到在需要时将此模式151a传送到其他部件(例如压缩部件154和RAM控制器块146)的接口部件152。控制信号151b包括被存放在寄存器1 56中的START和STOP信号,它对ASIC分别指示开始还是停止视频信号俘获操作。控制信号151b还被送到将其中继到RAM控制器部件146的接口部件152。寄存器156还包括有由ASIC140写和由计算机200读的状态寄存器。此状态寄存器除其他外还指示在PREVIEW模式中下一次要将视频数据(存放在存贮器160中)的8个64KB缓存器中的哪一个发送到计算机由软件220解压缩和俘获。最终,计算机200作出的上述所有命令/信号均由推动器软件220发出,进行这里加以说明的视频信号操作。

接口部件152设定系统模式151a并根据控制信号151b确定开始/停止视频信号俘获操作的时间。如上面提到的,接口部件传送模式和开始/停止信号151a、151b给RAM控制器部件146和传送模式151a到压缩部件154。

压缩部件154以与由接口部件152的设定的模式151a相一致的方式压缩来自A/D变换器122的数字化取样123。现在参照图2C说明压缩操作,介绍压缩复合视频信号的过程。

参看图2C,表明一代表模拟复合视频信号波形的电压-时间曲线240。在本压缩方法中首先在一预定的信号数据段邻近定义一窗口242。窗口242的宽度被固定为等于为传送复合信号111中相当于16象素的数据所需的时间。窗口242的底边被设置到此窗口内部的最小峰值复合信号值和窗口的顶边被设置到此窗口内的最大峰值复合信号值。对各窗口242定义一等于X轴与窗口242底边间的垂直距离的最小幅值(MINIMUM)262并作7bit编码。然后将窗口242内的16个象素的每一个以Nbit编码(当模式为PREVIEW或HIGHRES时N分别为32或5)。对应于Nbit的2N值在窗口242的整个垂直范围内均匀展开。窗口242的高度将随信号111的信息量变化。为适应这些差别本压缩操作定义一在其各别窗口内将每一象素的N比特值映射到正确的垂直间隔量的因子(MULTIPLIER)248。例如,陡的曲线将是具有较之接近平坦的曲线的因子大的因子248。此因子248被以2bit编码。这样,压缩部件154所接收的未经压缩取样16象素的每一个均被压缩成16N+2+7bit的信息块(对PREVIEW模式得到57bit,对HIGHRES模式得到87bit)。本压缩方法由于NTSC数据倾向于在给定的小时间周期内(如窗口242宽)呈现相对很小的变异而能提供可接受的准确性。

压缩部件154输出压缩数据155作为16比特字到RAM控制器146。PREVIEW和HIGHRES模式对每一16数据取样信息块分别采用4和6个字。RAM控制器154控制压缩155如何被输入和取出存贮器160。如上所述,在PREVIEW模式中一次可在0.5MB存贮器160中存放8场压缩数据而在HIGHRES模式中一次可在存贮器160中存放4场压缩数据。RAM控制器154由于它由同步检测器和格式化器144接受同步信号而能识别每一新数据行的起始。

时钟转换电路142确定PREVIEW模式中哪一数字化取样由其他ASIC电路处理。具体说,时交错视频信号行时钟转换电路142取集更迭的取样。例如说,对于一场中的第一行时钟转换电路142可选择偶数取样而对第二行它可选取奇数取样。这样在PREVIEW模式中由ASIC140处理的数据量即可减少。利用来自一对行的交错取样提供计算视频信号和随后被用来译码色度信息的彩色脉冲群角度所需的信息。这种操作在HIGHRES模式并不需要,这里应用所有可用的取样123。

现参照图4说明计算机200中所进行的解压缩操作。

参看图4,表明承担设定模式控制ASIC140的视频信号俘获操作的计算机200的方框图。计算机200还对由ASIC140接收的经压缩数据进行译码,以便由ASIC140俘获的复合视频信号能为其他应用显示或存储。

计算机200包括有处理器204,它可以是一快速的基本存贮器206b(如RAM)或一较慢的辅助存贮器206a(如硬盘驱动器)的存贮器206,显示器208和用户接口209。计算机200按照众所周知的计算原理操作(即,计算机200在为执行程序提供系统服务的操作系统(未图示)的控制下执行其存贮器106中的程序)。在此优选实施例中,计算机200以通过标准连接器,例如并行端口180发送和接收信号来与ASIC140通信。替代并行端口,计算机200也可利用任一种其他适宜的接口例如Universal Serial(通用串行总线,USB)Peripheral Component interface(外设部件接口PCI)来与ASIC140进行通信。系统模式和何时进行数据俘获操作典型地由用户接口209指明。

存贮器206包含应用程序软件210和包括控制ASIC140的视频信号俘获操作和进行视频译码操作的视频俘获驱动器214的驱动器212。存贮器206还包括由应用程序210和驱动器212应用的数据结构217。具体说,数据结构217包括亮度调节表216a和用于计数器数据216b、色彩脉冲群数据216c、解压缩复合数据216d、解压缩色度(或色品)数据216e、解压缩亮度数据216f、用来压缩取样值、解压缩的U和V彩色值216h、216i的因子216g、运动映象216j、中间结果缓存器216k、色品查找表216m和补偿缓存器216n的表/缓存器。其他的数据结构217包括存放被视频信号俘获驱动器的用户设定PREVIEW或HIGHRES的模式的模式变量218。应指出,所述的表和缓存器216的配量仅仅是说明被本发明所处理的信息种类,事实上这种信息可任意地组织。

视频信号俘获驱动器214根据系统处于PREVIEW还是HIGHRES模式采用不同方法来译码压缩取样。此二模式的共同特征是视频信号俘获驱动器214再生与复合信号相关的载波正弦波而无需PLL电路。在PREVIEW模式中,利用来自一帧的当前最可行的Field1的信息作图象译码。在HIGHRES模式中利用来自二个当前最开行的帧的所有4场的信息作图象译码。现在参照5~7说明本发明在PREVIEW和HIGHRES模式中的操作。

参看图5,表明视频信号俘获驱动器214对PREVIEW、即3bit模式所进行的译码方法300步骤的流程图。作为第一步驱动器214检查输入数据181的排列以便能易于由存贮器160读出信息块(步骤302)。在步骤302,驱动器214还寻找和解压缩数据流181中的彩色脉冲群信息块(CB)并由解压缩CB信息推导角度。在接收到每一新行时驱动器214由最初少量的数据块拾取bitl5(此时取得定时信息)并将定时信息存入计数器表216c中(304)。此定时信息在后面被驱动器214用来分类和正确排列欲加译码的数据。

在经排列后所接收的数据即被解压缩(306)。这一过程涉及到驱动器利用以各相当于压缩数据281的16象素得到因子248和最小幅值262倒转前述的压缩过程。因子248也被存贮进因子缓存器216g(图4)供稍后用于由被显示图象中消除假象。在此优选实施例中解压缩每次进行23信息块,这里每一块代表相当于各象素3bit的视频信息的数据的16个象素。

一但复合数据被解压缩后驱动器214即由彩色(色度)信息分离在解压缩的复合信号中被一齐编码的黑、白(亮度)信息(308)。在此优选实施例中这种操作利用软件中所实现的有限脉冲响应(FIR)滤波器215进行。现在参照图6说明FIR滤波器215的操作。

参看图6,表明一对解压缩的复合象素行。如上述,相邻行存在着交替象素。在PREVIEW模式中FIR滤波器215采用每隔5个象素值分离彩色和亮度(Y)信息。即,FIR滤波器215仅需在每6个象素中操作一次。这一点很重要,因为FIR滤波器215是一种计算上很昂贵的操作。执行中FIR滤波器215由复合信号派生亮度信息。一复合信号具有Composite(复合)、Chroma(色度)和Luminance(亮度,Y)值由以下关系式表示的性质:Composite-Y=Chroma从而,给定亮度(Y)和复合值即可容易地推导得对应的色度值。本发明考虑到比起亮度值来色度变化非常缓慢,因而可以由2亮度值(被表明为内方框)推导得对整个12象素群(被加框的象素)的亮度和色度。这由从同一象素的数据取样减除亮度值以得到该象素的色度值来完成。这一色度值被认为对所有被划出的6个象素是不变的(每一行分开完成)而能被由另外5个复合值中减除来得到各自的亮度值。图6中的内方框表明提供计算被调制的副载波或彩色脉冲群的角度所需的色度信息的象素。

然后驱动器214调节所得信号的亮度、对比度、灰度系数并以亮度通过亮度调整表216a来减除由同步信号带来的DC偏移(310)。亮度调整表216a中的值在每次用户利用被驱动器214或某种其他用户接口所显示的“游标”选择一组新的亮度、对比度和灰度设定值是产生。

由于PREVIEW模式中采用的一时钟象素位移下一步就是按一时钟周期,即半个PREVIEW模式象素位移各奇数行中的象素(312)。这为最后步骤排列亮度数据。由步骤(312)得的复合色度信息然后被分开成为独立的U和V色差值(314)。驱动器利用以下步骤对各视频行进行这一操作:1)、寻求存放在彩色脉冲群数据216c中行的角度和幅值(在步骤1中计算的);2)、利用幅值调整色饱和水平;3)、给定角度和幅值由彩色脉冲群数据所得的数据,利用查找表216m来生成4个常数(K1至K4);4)、以由图6内框中的象素(Sample 1和Sample 2)得的色度值乘此常数(K1至K4)来获取如下图6的外框的U和V色差值:U=K1×Sample1+K2×Sample2,

V=K3×Sample1+K4×Sample2;5)、将U和V值写入独立的缓存器216h,216i。完成这一步(314)时Y、U和V缓存器216a、216h和216i即被聚集有随后被定标为(最好是)320行的数据(步骤316)。

相邻行对的彩色数据然后被加以平均来产生平均UV值,以便校正畸变(318)。而后如果需要的话可将UV和Y值利用公知的变换法变换到RBG数据(320)。

参看图7A,表明译码机214为高分辨率(HIGHRES)、即5bit模式所进行的步骤的流程图400。最初二步骤402、404与对PREVIEW模式的相同。在步骤404中获取时标数据之后,被驱动器214所取步骤决定于复合信号111的来源。如果源为VCR放/录机(406-tape)驱动器214即进行与TAPE(磁带)模式相关的译码步骤。在TAPE模式中由于磁带驱动机构的位置上的不精确性而不能得到最高品质的静片图象。为此原因,本发明对TAPE模式采用与用于PREVIEW模式的参照图5所说明的同样组步骤。

如果此来源是NTSC源(406-NTSC),例如电视发射器,骤动器214进行与NTSC模式相关的步骤,提供以本发明所可行的最高的品质。在NTSC模式处理中的第一步骤中驱动器214计算输入NTSC信号111源与本发明的晶体178之间的晶体误差(408)。此值被用来生成对各行的尽可能准确的彩色脉冲群角度216c的表。驱动器214然后利用已为3bit(PREVIEW)模式(410)说明过的同样方法解压缩经压缩的复合数据源181(410)。在此优选实施例中每次进行46信息块的解压缩,这里每一信息块代表每象素5bit视频信息时的相当于16象素的数据。

对4个最近场(亦即与二个在计算机200用户给出-Capture(俘获)命令之后立即可行的帧相关的场)的解压缩复合视频数据然后被存贮进4个缓存器216d(412)。然后驱动器214利用取自彩色脉冲群和时标(计数器)表216b、216c的信息位移此场中的数据以使得全部数据能被加以排列(414)(亦即使得不同场中的对应象素被存储在相同的相对缓存器位置)。这种值中的位移说明定时差异。

驱动器214然后根据4场解压缩复合数据间的差别生成运动映象(416)。这是一多道过程,其中首先检取场之一作为基准(典型地为二中间场之一)而后确定其他场是否整个或部分地呈现相对此基准的运动。在任一存在着运动的区域内驱动器214仅利用来自基准场的该区域内的数据来生成YUV值。在任何不存在运动的区域内驱动器214来自所有4场的信息作为源数据来生成被俘获的静片图象,它导致最好品质的图象。现在更详细地说明本发明的运动检测过程的步骤。应指出的是,虽然这些步骤是被一齐说明的,但最后的步骤实际上是与其他步骤分开地进行的。现在参照图7B说明运动检测过程。

作为第一步(418a),驱动器214以相对于基准场所测量的运动识别所有的象素(标记以“X”),在此运动被定义作为对应象素的复合值中超过一个或多个阀值的任何差分。运动映象216j的各部表项中的第一标志在对应象素具有很强运动时被设定,而如果象素仅具有中等运动则设定第二标志。在第一次通过运动映象216j时带有运动的行中的5或更多邻接象素的组群被加以标记供进一步运动处理用(418b)。在第二次通过时(418c)被加标记的组群被作垂直和水平扫描以定义该区域中包围所有运动的一矩形区(被表示为点线框)。此矩形区然后被作垂直和水平扫描(418d)来消除那些太细以致它们多半不会归因于局部化数据异常的区域。一经完成第三次通过(418d)后所得运动映象即被扫描来确定在各不同区域中采用哪一源用于输出(418e)。例如说如图7B中所示,对带有运动的区域仅由基准场产生输出,对于其余的图象则由此4场产生输出。

对带有运动的区域(419-YES),采用上述的FIR滤波器方法时3-bit模式作彩色译码(420)。

对很小或没有运动的区域(419-NO)以在对应帧中减除各自的复合值来产生彩色(424)。这是一简单过程,此时采用PLL来同步到正弦波载波,但本发明不采用PLL电路。本发明采用的替代方法在软件中处理此复合值,可以达到与昂贵得多的基于PLL的解决方案同样的结果。这一过程涉及由二相邻帧减除此数据来得到色度值,和加以此数据来得到亮度值。如果这些帧被完满地排列(它的之间无运动)理论上说帧之间180°的相位差将使得易于计算亮度(Y)和色度(C)值。但因为视频信号源与译码器间的晶体频率差和相移,彩色译码过程涉及到首先校正一个或另一个帧中的所存的值以便使帧之间有180°的差分。

在此优选实施例中利用一帧缓存器216n来保持当被加到帧之一时将完成该正的对准排列的正确值。生成这一补偿缓存器216n中的第一步是减除此二帧和存储结果。

下一步骤是由这一差分数据216n去除在亮度有变化时发生的偏移。为此对各象素n如下式计算一新的补偿值Sn:Sn=Vn-(Vn-1+Vn+1)式中Vn如目标象素的复合值,Vn-1及Vn+1分别为目标象素的左、右邻接象素的复合值。

此排列操作(422)中的其余步骤如下:

3)利用一反正切表读出各对象素(n,n+1)的角度和利用一正弦表读出对同一象素数据的补偿数据的峰-峰值。这提供一已知点的补偿缓存器216n的角度和波形的振幅。这些角度和振幅值被以相连续字节存储在缓存器216之一中(如中间结果缓存器216k);4)按下式计算对目标象素的时间漂移校正因数:correction=vmax×(sin(point+f_f/z)-sin(point-f-f/z)),式中vmax为由步骤2)得的峰-峰值,point为由步骤2)得的角度,和f-f/2为被除以2的帧-帧晶体误差;和5)现在将此校正值(correction)加到已被定义作为其取样处于要求最小校正的位置的帧的基帧的帧,或由此帧减除。

作为步骤(422)的结果,此4场的相位角被对准排列。

然后计算相邻帧之间的差分来求取色度信息。例如,帧1、场1的象素1被由帧2、场1的象素1减去。各别的场亦被相加来求取亮度(应记得相邻帧之间色度相位相差180°)。U和V信息如参照图5的步骤(314)所述那样由色度信息推导而得,而游标调整(对亮度、灰度系数和对比度)和同步偏移减除则如参照图5的步骤(310)所述那样利用亮度来进行。

本发明的技术也可作倒转应用。即,替代仅仅用于数字化、编码、储存而后译码和俘获模拟复合视频信息流,本发明也可被用来将YUV或RGB格式中的数字化视频信息流编码到能-NTSC-或PAL-兼容装量,例如电视机上显示的复合模拟信号。现在参照图8说明为进行此逆操作的系统和方法。

参照图8,表明可利用上述系统的硬件和软件作细小显示的修正来进行的数字视频信号到模拟复合视频信号(如NTSC)的编码操作的高级流程图。对系统的输入可以是RGB位映象502或者任一其他数字视频信号源。系统应用通常的转换技术将RGB数据变换到数字YUV数据(504)而后由YUV数据生成数字色度和亮度信号(506)。此系统产生适当的色彩脉冲群信号而后生成缓存器216在其中加入每一个组成部分,包括:各行的色度和彩色脉冲群数据以及行与场间的同步数据。步骤(502至510)中的每一个均由在计算机200(图4)中执行的数字视频信号-NTSC编码软件213进行。一旦完成这些操作后,此编码软件213即将缓存器216传送到存贮器160(图1)供ASIC140作进一步处理(512)。

在逆向模式操作中,应用参照了所描述的硬件部件,此ASIC140每次生成数字复合取样8bit的信息流(514),它由D/A变换器(图1中未表示)转换到模拟复合视频信号(516)。采用作NTSC-RGB译码操作,所描述的RGB-NTSC操作的优点就在于能实现高品质和带宽而无需采用昂贵的电路。

尽管本发明是参照数个特定的实施例加以描述的,但此叙述是说明性的而不应被解释作对本发明的限制。对熟悉本技术领域的人士来说,将可作各种不同修改而不背离如由附列权利要求所定义的精神实质和范畴。

Claims (9)

1.一种用于将图象被表述为一系列帧的模拟复合视频信息的视频信息压缩、解压缩、和俘获系统、其特征在于包括:硬件编码系统,所述硬件编码系统用于将摸拟复合视频信息变换成一系列N位的压缩数字复合取样;存贮器,所述存贮器耦合到硬件编码系统,以存储至少一场压缩数字复合取样;以及软件译码器,所述软件译码器用于接收、解压缩、和译码压缩数字复合取样成为能由其再生图象的对应数字视频信号,此软件译码器用于进行高分辨译码操作,其中,无需锁相环电路,来自四个场的压缩数字复合取样被同时用来生成所述数字视频信号。
2.根据权利要求1所述的系统,其中所述的软件译码器还用于执行预览译码操作,其中,来自每帧的一个场的压缩数字复合取样被用于生成所述数字视频信号。
3.根据权利要求2所述的系统,其中所述的硬件编码系统通过以下方法将摸拟复合视频信息变换成一系列N位的压缩数字复合取样:定义一个固定窗口,该固定窗口的宽度与在摸拟复合视频信息中传送数据的M个象素宽度所需时间相同;定义用于所述固定窗口的一个顶边和一个底边,以便足以容纳数据的所述M个象素宽度的幅值;对应于数据的M个象素宽度的幅值在窗口中的相对位置,用各个N位值对数据的M个象素宽度的每一个的幅值译码,所述各个N位值对应于压缩数字复合取样之一;定义一个用于所述固定窗口的最小幅值,其等于幅值轴向和所述底边之间的距离;定义一个用于所述固定窗口的乘法器,该乘法器将每个N位值映像到各个象素的固定窗口中的实际垂直位置;所述硬件编码系统将M个压缩数字复合取样,最小幅值,和乘法器打包成为数据块存储在所述存储器中。
4.根据权利要求1所述的系统,其中所述的硬件编码系统包括:输入模/数转换电路,用于对模拟复合视频信息进行低通滤波和数字取样,并输出到P位数字取样的相应组,其中,P大于N;用于按时钟频率生成时钟信号的晶体,该时钟频率是彩色同步频率的8倍,该彩色同步频率与输入模拟复合视频信号相关;以及与所述输入模/数转换电路,存储器,和晶体相耦合的专用集成电路,该专用集成电路用于:对数字取样中的同步/彩色同步信息进行检测;从数字取样中生成压缩数字视频取样;用时钟信号和同步/彩色同步信息生成用于压缩数字视频取样数据块的彩色同步取样和时间标记;生成用于每个所述数据块的唯一标识;以及相对于彩色同步取样,时间标记,和标识,在存储器中存储压缩数字取样的数据块。
5.一种采用模拟复合视频信息的视频信息压缩、解压缩、和俘获方法,其中,图象被表述为一系列帧,该方法的特征在于包括以下步骤:将所述模拟复合视频信息变换成一系列N位的压缩数字复合取样;以及对压缩数字复合取样进行解压缩和译码处理,使之成为能由其再生图象的对应数字视频信号,该步骤包括进行高分辨译码操作,其中,无需锁相环电路,来自四个场的压缩数字复合取样被同时用来生成所述数字视频信号。
6.根据权利要求5所述的方法,还包括执行预览译码操作的步骤,该步骤包括使用从每帧一场的压缩数字复合取样生成所述数字视频信号。
7.根据权利要求5所述的方法,还包括以下步骤:从所述模拟复合视频信息中抽取同步/彩色同步信息;以及生成用于压缩数字复合取样的时间标记信息。
8.根据权利要求7所述的方法,还包括以下步骤:对所述时间标记信息进行处理;抽取与压缩数字复合信号相关的时间标记信息;当所述模拟复合视频信息源于NTSC时:计算该NTSC和硬件编码系统使用的本地晶体之间的晶体误差,并根据该晶体误差和所述彩色同步信息确定一组彩色同步角度;对压缩数字复合取样进行译码以形成解压缩取样;利用时间标记信息和彩色同步角度在四场解压缩取样中移位和对定位数据;依据该四场之间的差值检测图象移动;当检测到图象的某个特定区域移动时:利用来自于一个相关场的解压缩取样生成用于特定区域的色彩数据;当没有检测到图象移动时:对来自四场的解压缩取样的相位角进行定位;通过从两个相邻帧中减去解压缩取样导出色度信息,并通过从两个相邻帧中加入解压缩取样导出亮度信息;从所述亮度信息中导出U、V信息;以及从亮度信息中减去由于同步信息导致的直流偏差。
9.根据权利要求6的方法,其中所述的预览译码操作包括以下步骤:从模拟复合视频信息中抽取同步/彩色同步信息;生成用于压缩数字复合取样的时间标记信息;对所述彩色同步信息进行处理以获得彩色同步角度;抽取与压缩数字复合信号有关的时间标记信息;对数字视频取样进行解压缩;在解压缩的数字视频取样中分离亮度和色度分量;在每一个时钟对每个奇数线象素进行移位;将色度分量变换到UV空间;将UV变换运算的结果定标到一个适当的输出线数目;对每一对输出线的色彩进行均匀化处理;以及在复合数字信号必须是RGB信号时,执行从YUV到RGB的色彩空间变换。
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