CN117156084B - 一种电视信号的制式识别及还原方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种电视信号的制式识别及还原方法，属于广播电视信号处理技术领域。本方法包括：通过接收机获取电视信号，并通过低通滤波器进行滤波处理，以获取相应的视频信号；依次计算出视频信号的实际场频、实际行频、并确定视频信号的制式；当视频信号为PAL制式或NTSC制式时，计算每幅图像的理论长度；依次进行场同步的粗同步、细同步，并进行视频数据的正负极性判决和奇偶场判决，确定第一帧的帧头位置和后续帧的帧头位置；根据位置信息进行图像还原，并生成视频图像。本发明通过在算法层面对电视信号的基带数据进行处理，实现了PAL制式和NTSC制式的识别及还原。

Description

一种电视信号的制式识别及还原方法

技术领域

本发明涉及广播电视信号处理技术领域，更具体的说是涉及一种电视信号的制式识别及还原方法。

背景技术

电视信号的标准简称制式，可以简单地理解为用来实现电视图像或声音信号所采用的一种技术标准。当前，世界上主要使用的电视广播制式有PAL制式、NTSC制式和SECAM制式三种。

其中，PAL制式、NTSC制式的解码过程具体如下：

进行PAL制式的解码时，首先将彩色全电视信号送入解码器，一路送至亮度通道，将色度信号滤除掉，让亮度信号通过延时放大后送入解码矩阵电路。另一路送入色度通道，利用色带通选出色度信号分成两路，一路进入色同步选通放大器，选出三同步信号送入鉴相器及识别检波电路；另一路输出送至延时分离电路，把两个色度分量分离处理，分别送入U、V同步检波器。然后，U、V同步检波器输出的色差信号经放大器放大和去压缩后恢复了色差信号，送入解码矩阵电路，与亮度信号一起在解码矩阵电路变换为三基色信号完成解码。

进行NTSC制式的解码时，首先将彩色全电视信号送入解码器，一路进入亮度通道，经过色副载波陷波器吸收掉色度信号，而取出亮度信号，再经过亮度延时放大电路对亮度信号进行加工处理，另一路进入色度通道，首先利用色带通放大器的带通特性，选出色度信号，而滤除亮度信号。而色带通放大器分三路输出：一路经色同步选通放大器把色度与色同步信号分离开，选出色同步信号，送入本机色副载波恢复电路，提供本机产生的色副载波的基准相位；另外两路色度信号送至（R-Y）、（B-Y）同步检波器。相位相差90度的色副载波经过V、U放大器放大和去压缩后，恢复原来的色差信号。最后将两个色差信号与亮度信号同时送入解码矩阵电路，就可变为三个基色信号。

从PAL制式和NTSC制式的解码原理来看，由于这两种彩色电视的编码方式、副载波频谱不同，为了实现这两种制式的接收，在解码前需要设置这两种制式的识别和转换电路，整体实现过程较为复杂，还会额外增加硬件成本。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种电视信号的制式识别及还原方法，通过在算法层面对电视信号的基带数据进行处理，实现了PAL制式和NTSC制式的识别及还原。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种电视信号的制式识别及还原方法，包括如下步骤：

S1：通过接收机获取电视信号，并通过低通滤波器进行滤波处理，以获取相应的视频信号；

S2：将视频信号进行高倍率抽取，通过对抽取的数据进行平方和计算，变换到频域，以得到实际场频；

S3：将视频信号进行低倍率抽取，通过对抽取的数据进行平方和计算，变换到频域，以得到实际行频；

S4：通过将实际场频和行频与各种制式电视信号的标准场频和行频进行比对，以确定视频信号的制式；

S5：当视频信号为PAL制式或NTSC制式时，根据协议配置相应制式的参数，生成相应制式的本地场同步码；并根据标准场频，计算每幅图像的理论长度；

S6：根据图像的理论长度进行场同步的粗同步，确定场同步的范围，生成相关信号最大值的索引值和最小值的索引值；

S7：根据最大值的索引值和本地长同步码，进行场同步相关，得到相关值，并获取相关值的位置点；

S8：根据相关值的位置点进行视频信号的正负极性判决；

S9：通过对视频信号进行奇偶场判决，确定视频信号第一帧的帧头位置；

S10：根据第一帧的帧头位置，获取后续帧数据，利用本地场同步码进行同步跟踪，得到后续帧的帧头位置；

S11：根据每一帧的帧头位置，将每一帧数据恢复为一幅图像；

S12：将每一幅图像按照顺序进行串联，生成视频图像。

进一步，步骤S1包括：

通过接收机获取采样率为的基带信号，根据基带信号的频率特征，通过3MHZ的低通滤波器滤除声音载波和色副载波，获取视频信号。

进一步，步骤S2包括：

基于视频信号的视频数据，根据高倍率的抽样因子，将长度的视频数据进行抽样，将高倍率抽样后的数据进行平方和，记为/>；

计算的频谱/>，根据场频的值，确定/>的取值范围/>，在取值范围内取的最大值的索引值/>；

根据公式

计算实际的场频值。

进一步，步骤S3包括：

基于视频信号的视频数据，根据低倍率的抽样因子，将长度的视频数据进行抽样，将低倍率抽样后的数据进行平方和，记为/>；

计算的频谱/>，根据标准行频的值，确定的取值范围/>，在取值范围内取的最大值的索引值/>；

根据公式计算实际的行频值。

进一步，步骤S4包括：

将实际计算出来的场频、行频分别与PAL信号和NTSC信号的场频、行频进行比对，识别出视频信号为PAL制式或NTSC制式。

进一步，步骤S5包括：

当视频信号为PAL制式或NTSC制式时，根据协议配置相应制式的参数，生成相应制式的本地场同步码；

根据视频信号的标准的场频，利用公式计算每幅图像的理论长度。

进一步，步骤S6包括：

取长度的视频数据，计算平方和记为/>；

选取合适的窗长，令步长为，将/>进行窗长内的累加，取累加后/>范围内的最大值的索引值和最小值的索引值/>。

进一步，步骤S7包括：

利用和步骤S5生成的本地场同步码，通过基于的窗长范围内进行场同步相关，得到相关值/>；

对选取位置点，位置点计算公式如下：

。

进一步，步骤S8包括：

计算在/>范围内的平均值、在范围内的平均值、在/>范围内的平均值；

如果在范围内的平均值最小，则该视频信号是负极性信号，得到/>的最小索引值/>，并赋值；

否则该视频信号是正极性信号，利用和步骤S5生成的本地场同步码，通过基于/>的窗长范围内进行场同步相关，得到相关值，取/>的最大值的索引值/>， 赋值

；

通过公式得到场同步的位置。

进一步，步骤S9包括：

利用奇偶场的特征参数，判断当前信号的位置是奇场还是偶场；

如果奇偶场的特征参数是奇场在前，位置是奇场，则第一帧帧头位置/>，否则在的位置，利用场同步码相关，得到帧头位置/>；否则奇偶场的特征参数是偶场在前，的位置是偶场，则第一帧帧头位置，否则在的位置，利用场同步码相关，得到帧头位置/>。

进一步，步骤S10包括：

取视频信号位置的信号，在预设窗长内，与本地场同步码相关进行同步跟踪，得到第/>帧的帧头/>。

进一步，步骤S11包括：

根据实际一帧视频数据长度

，

从位置，取/>长度的视频数据，取长度的视频数据，取平方和，为提高图像的分辨率，将平方和-min(平方和)，将结果开根号；

将数据线性插值设为每幅行数的整数倍，分别在处理后的视频数据中取出奇场数据、偶场数据；

按照协议将奇偶场数据分行交叉排列，并将数据幅值压缩到无符号8比特范围内，即恢复出第幅图像。

对比现有技术，本发明有益效果在于：

1、本发明通过在算法层面对电视信号的基带数据进行处理，实现了PAL制式和NTSC制式的识别及还原，只需要接收机将相应的射频数据变频到基带即可通过软件进行数据的识别和视频还原，无需专用模拟电路或者电视芯片，不会额外增加硬件成本。

2、本发明仅需要将基带数据从算法层面进行处理，就可以完成视频还原，采用场同步相关算法，比现有技术适用于低信噪比情况下的图像还原。

3、本发明在进行图像还原过程中，采用了简单的计算处理方式，能够大大提高图像的分辨率。

4、本发明基于PAL制式和NTSC制式的协议进行制式识别与视频还原，通过行频、场频的不同进行PAL制式和NTSC制式的识别；然后通过制式的不同，选择相应制式的参数，可用于PAL/D、K、B、G、I，NTSC/M多制式的视频还原，尤其适用于低信噪比情况下的视频还原。实现算法复杂度低，且能够适用于图像的分辨率较差的情况。

5、本发明可以十分方便地应用在软件无线电平台上，适用于监测所在场所是否存在窃视设备，并能够对窃视内容进行还原，从而为保密场所采取进一步的保密措施，提供依据。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式的方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种电视信号的制式识别及还原方法，包括如下步骤：

S1：通过接收机获取电视信号，并通过低通滤波器进行滤波处理，以获取相应的视频信号。

在具体实施方式中，通过接收机接收到的采样率为的基带信号，根据表1的频率特征，通过3MHz的低通滤波器，滤除声音载波和色副载波，获取视频信号。

表1 PAL制式和NTSC制式中大多数彩色电视机的主要特征：

S2：将视频信号进行高倍率抽取，通过对抽取的数据进行平方和计算，变换到频域，以得到实际场频。

在具体实施方式中，将视频信号根据高倍率的抽样因子，将长度的视频数据进行抽样，将高倍率抽样后的数据进行平方和，记为/>，计算/>的频谱/>，根据表1所述的场频的值，确定/>的取值范围，在这个范围内取/>的最大值的索引值/>，计算实际的场频值。

可见，本步骤通过将视频信号进行高倍率抽取，进行平方和之后，变换到频域，从而得到实际场频。

S3：将视频信号进行低倍率抽取，通过对抽取的数据进行平方和计算，变换到频域，以得到实际行频。

在具体实施方式中，将视频信号根据低倍率的抽样因子，将长度的视频数据进行抽样，将低倍率抽样后的数据进行平方和，记为/>，计算/>的频谱/>，根据表1所述的行频的值，确定/>的取值范围/>，在这个范围内取/>的最大值的索引值/>，计算实际的行频值。

可见，本步骤通过将视频信号进行低倍率抽取，进行平方和之后，变换到频域，从而得到实际行频。

S4：通过将实际场频和行频与各种制式电视信号的标准场频和行频进行比对，以确定视频信号的制式。

在具体实施方式中，将实际计算出来的场频、行频与表1中的场频、行频做比较，对获取的视频信号做判决，更接近PAL的区间判定为PAL信号，更接近NTSC的区间判定为NTSC信号，否则为未识别信号。

S5：当视频信号为PAL制式或NTSC制式时，根据协议配置相应制式的参数，生成相应制式的本地场同步码；并根据标准场频，计算每幅图像的理论长度。

在具体实施方式中，对于PAL信号和NTSC信号，根据协议配置相应制式的参数，生成相应制式的本地场同步码。根据表1的场频，计算每幅图像的理论长度。

S6：根据图像的理论长度进行场同步的粗同步，确定场同步的范围，生成相关信号最大值的索引值和最小值的索引值。

在具体实施方式中，计算场同步的粗同步，取长度的数据，计算平方和/>，根据场同步在负极性图像上，幅值最大；正极性图像上，幅值最小的特点的特性，选取合适的窗长，令步长为/>，将/>进行窗长内的累加，取累加后/>范围内的最大值的索引值/>和最小值的索引值/>。

可见，本步骤利用场同步在负极性图像上，幅值最大；在正极性图像上，幅值最小的特点。先进行场同步的粗同步，找到场同步的可能的大致位置，最大值的索引值和最小值的索引值/>。

S7：根据最大值的索引值和本地长同步码，进行场同步相关，得到相关值，并获取相关值的位置点。

在具体实施方式中，利用和步骤S5生成的本地场同步码，在/>的附近选取的窗长范围内进行场同步相关，得到相关值。对/>选取位置点，位置点计算公式如下：

。

可见，本步骤实现了利用粗同步得到的最大值位置的信号，与步骤S5生成的本地场同步码，得到相关值，进而获取相关值的不同位置点。

S8：根据相关值的位置点进行视频信号的正负极性判决。

在具体实施方式中，计算在/>范围内的平均值，范围内的平均值，/>范围内的平均值。如果/>的平均值最小，则该信号是负极性信号，得到的最小索引值/>，赋值；否则利用/>和步骤S5生成的本地场同步码，在/>的附近选取的窗长范围内进行场同步相关，得到相关值/>，取/>的最大值的索引值/>，该信号是正极性信号, 赋值

。

得到场同步的位置：。

可见，本步骤通过将步骤S7中得到的不同位置的点区间的相关值取平均，利用场同步码相关值在负极性图像上，幅值最小；正极性图像上，幅值最大的特点，如中间区域的平均值最小，则该视频信号是负极性信号，相关值的最小值的索引值即为场同步的位置值。否则，利用粗同步得到的最小值位置的信号和步骤S5生成的本地场同步码相关，相关值的最大值的索引值即为场同步的位置值，该该视频信号是正极性信号。

S9：通过对视频信号进行奇偶场判决，确定视频信号第一帧的帧头位置。

在具体实施方式中，根据协议中的前均衡脉冲序列持续时间前面的一个信号，在奇偶场中是不同的。奇场上它是一个与场同步同频的脉冲，偶场上它与场同步不同频，利用这个特征参数，判断当前信号的位置是奇场还是偶场。协议规定PAL制式是奇场在前，偶场在后，/>位置如果是奇场，则第一帧帧头位置/>。

否则在的位置，利用场同步码相关，得到帧头位置/>；NTSC制式是偶场在前，奇场在后，帧头位置计算按照PAL制式类推。

可见，本步骤实现了根据协议中的前均衡脉冲序列持续时间前面的一个信号，利用它是否与场同步同频，判断该场同步的位置值是奇场还是偶场。由于PAL制式是奇场在前，偶场在后，如果是奇场，则该场同步位置是第一帧的帧头位置；如果是偶场，往后推半帧位置，利用步骤S5产生的场同步码进行相关，得到第一帧的帧头位置。NTSC制式是偶场在前，奇场在后，帧头位置计算按照PAL制式类推。

S10：根据第一帧的帧头位置，获取后续帧数据，利用本地场同步码进行同步跟踪，得到后续帧的帧头位置。

在具体实施方式中，取视频信号

位置的信号，在预设窗长内，与本地场同步码相关进行同步跟踪，得到第/>帧的帧头/>。

本步骤通过取后续帧数据，利用本地场同步码进行同步跟踪，从而得到后续帧的帧头位置

S11：根据每一帧的帧头位置，将每一帧数据恢复为一幅图像。

在具体实施方式中，得到实际一帧数据长度

，

从位置，取/>长度的视频数据，取平方和，为提高图像的分辨率，将平方和-min(平方和)，将结果开根号，然后将数据线性插值为表1中每幅行数的整数倍，分别取出奇场数据、偶场数据，按照协议将奇偶场数据分行交叉排列，最后数据幅值压缩到无符号8比特范围内，即恢复出第/>幅图像。

另外，如果后续还有视频数据需要处理，则返回步骤S10。

S12：将每一幅图像按照顺序进行串联，生成视频图像。

在具体实施方式中，如果所有数据帧均已生成图像，则将多幅图像串联起来组成视频图像。

综上所述，本发明通过在算法层面对电视信号的基带数据进行处理，实现了PAL制式和NTSC制式的识别及还原。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的电视信号的制式识别及还原方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电视信号的制式识别及还原方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：通过接收机获取电视信号，并通过低通滤波器进行滤波处理，以获取相应的视频信号；

S2：将视频信号进行高倍率抽取，通过对抽取的数据进行平方和计算，变换到频域，以得到实际场频；

S3：将视频信号进行低倍率抽取，通过对抽取的数据进行平方和计算，变换到频域，以得到实际行频；

S4：通过将实际场频和行频与各种制式电视信号的标准场频和行频进行比对，以确定视频信号的制式；

S5：当视频信号为PAL制式或NTSC制式时，根据协议配置相应制式的参数，生成相应制式的本地场同步码；并根据标准场频，计算每幅图像的理论长度；

S6：根据图像的理论长度进行场同步的粗同步，确定场同步的范围，生成相关信号最大值的索引值和最小值的索引值；

S7：根据最大值的索引值和本地长同步码，进行场同步相关，得到相关值，并获取相关值的位置点；

S8：根据相关值的位置点进行视频信号的正负极性判决；

S9：通过对视频信号进行奇偶场判决，确定视频信号第一帧的帧头位置；

S10：根据第一帧的帧头位置，获取后续帧数据，利用本地场同步码进行同步跟踪，得到后续帧的帧头位置；

S11：根据每一帧的帧头位置，将每一帧数据恢复为一幅图像；

S12：将每一幅图像按照顺序进行串联，生成视频图像。

2.根据权利要求1所述的电视信号的制式识别及还原方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

通过接收机获取采样率为的基带信号，根据基带信号的频率特征，通过3MHZ的低通滤波器滤除声音载波和色副载波，获取视频信号；

所述步骤S2包括：

基于视频信号的视频数据，根据高倍率的抽样因子，将长度的视频数据进行抽样，将高倍率抽样后的数据进行平方和，记为/>；

计算的频谱/>，根据场频的值，确定/>的取值范围/>，在取值范围内取/>的最大值的索引值/>；

根据公式

计算实际的场频值。

3.根据权利要求2所述的电视信号的制式识别及还原方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

基于视频信号的视频数据，根据低倍率的抽样因子，将长度的视频数据进行抽样，将低倍率抽样后的数据进行平方和，记为/>；

计算的频谱/>，根据标准行频的值，确定/>的取值范围/>，在取值范围内取/>的最大值的索引值/>；

根据公式计算实际的行频值。

4.根据权利要求3所述的电视信号的制式识别及还原方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

将实际计算出来的场频、行频分别与PAL信号和NTSC信号的场频、行频进行比对，识别出视频信号为PAL制式或NTSC制式；

所述步骤S5包括：

当视频信号为PAL制式或NTSC制式时，根据协议配置相应制式的参数，生成相应制式的本地场同步码；

根据视频信号的标准的场频，利用公式计算每幅图像的理论长度。

5.根据权利要求4所述的电视信号的制式识别及还原方法，其特征在于，所述步骤S6包括：

取长度的视频数据，计算平方和记为/>；

选取窗长，令步长为，将/>进行窗长内的累加，取累加后范围内的最大值的索引值/>和最小值的索引值/>。

6.根据权利要求5所述的电视信号的制式识别及还原方法，其特征在于，所述步骤S7包括：

利用和步骤S5生成的本地场同步码，通过基于的窗长范围内进行场同步相关，得到相关值/>；

对选取位置点，位置点计算公式如下：

。

7.根据权利要求6所述的电视信号的制式识别及还原方法，其特征在于，所述步骤S8包括：

计算在/>范围内的平均值、在范围内的平均值、在/>范围内的平均值；

如果在范围内的平均值最小，则该视频信号是负极性信号，得到/>的最小索引值/>，并赋值；

否则该视频信号是正极性信号，利用和步骤S5生成的本地场同步码，通过基于/>的窗长范围内进行场同步相关，得到相关值，取/>的最大值的索引值/>， 赋值；

通过公式得到场同步的位置。

8.根据权利要求7所述的电视信号的制式识别及还原方法，其特征在于，所述步骤S9包括：

利用奇偶场的特征参数，判断当前信号的位置是奇场还是偶场；如果奇偶场的特征参数是奇场在前，

位置是奇场，则第一帧帧头位置，否则在的位置，利用场同步码相关，得到帧头位置/>；否则奇偶场的特征参数是偶场在前，的位置是偶场，则第一帧帧头位置，否则在的位置，利用场同步码相关，得到帧头位置/>。

9.根据权利要求8所述的电视信号的制式识别及还原方法，其特征在于，所述步骤S10包括：

取视频信号位置的信号，在预设窗长内，与本地场同步码相关进行同步跟踪，得到第/>帧的帧头/>。

10.根据权利要求9所述的电视信号的制式识别及还原方法，其特征在于，所述步骤S11包括：

根据实际一帧视频数据长度

，

从位置，取/>长度的视频数据，并进行计算处理；

将数据线性插值设为每幅行数的整数倍，分别在处理后的视频数据中取出奇场数据、偶场数据；

按照协议将奇偶场数据分行交叉排列，并将数据幅值压缩到无符号8比特范围内，即恢复出第幅图像。