CN1226362A - 视频信号处理设备 - Google Patents

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Abstract

视频信号处理设备包括图象增强处理器,用于处理视频信号以便产生增强的视频信号。视频信号包括代表视频图象数据的信号分量,以及代表非图象数据(例如垂直同步和二进制信息分量)的另一个信号分量。二进制信息分量代表可在例如垂直消隐期间出现的二进制信息,例如准备好的字幕数据、内容咨询信息(“V－片”)、或扩展的数据业务信息。控制单元在包括非图象信息的视频信号的期间修正由图象增强处理器执行的增强功能。

Description

视频信号处理设备
本发明总的涉及视频图象处理设备，具体地，涉及到使用图象增强处理的电视设备。使用图象增强处理器的电视接收机是熟知的。例如，有提供对于亮度和色度的噪声减小的处理器，有提供垂直和或水平峰化的处理器，以及有提供非线性处理的处理器(例如所谓的“黑色延伸(black stretch)”或“白色延伸”处理器)，这里仅举出几个例子。
典型地，图象增强处理通过改进显示图象的主观印象从而提供出很大的好处。在1993年4月13日授权的Roger L Lineberry的题目为“Television Receiver With Picture in Picture Processing andNon-1inear Processing(具有画中画处理和非线性处理的图象的电视接收机)”的美国专利5,202,765中描述了一个这样的例子。Lineberry发现，在画中画(PIP)电视接收机中主要的或大的图象的信号的“黑色延伸”处理会造成小的或镶嵌的图象的黑色电平被主要图象的黑色电平调制(即取决于主要图象的黑色电平)。Lineberry通过在小的图象间隔期间禁止黑色延伸处理而解决了这个问题。
诸如峰化那样的图象增强处理在某些信号条件下(例如当信噪比很差时，或当存在干扰(例如脉冲噪声)时)会恶化显示的图象。例如在1983年5月17日授权的Frank C.Liu的题目为“VariablePeaking Control Circuit(可变的峰化控制电路)”的美国专利4,383,306中，峰化电平被改变，以便避免过度地峰化在信号的有源视频或显示部分中存在的脉冲噪声。另外，在1983年3月1 5授权的Troiano的题目为“Noise Responsive Automatic Peaking ControlApparatus(响应于噪声的自动峰化控制设备)”的美国专利4,376,952中描述了通过在接收信号的水平消隐间隔期间采样噪声从而作为噪声的函数来改变峰化。另一个改变峰化电平的例子是如在1976年7月20日授权的Milbourn的题目为“Video De-peaking Circuit inLuminance Channel in Response to AGC Signal(响应于自动增益控制(AGC)信号的亮度信道中的视频去峰化电路)”的美国专利3,071,064中所描述的通过AGC控制来实现的视频去峰化。
上面描述的图象增强系统包括改变图象增强处理，以防止恶化视频图象。本发明部分地在于认识到希望对图象增强处理进行修正，以便防止恶化除视频图象信息以外的信息。特别是已经认识到，希望在代表除视频图象信息以外的信息的一部分视频信号的时间期间内修正增强处理。
按照本发明的再一个方面，已经发现，在增强处理是在检测除视频图象分量以外的视频信号分量以前被应用到视频信号上的一类增强处理设备(例如，电视接收机，VCR等等)中，存在着一个问题。非图象信号分量的例子包括同步分量(例如垂直同步)和附属的或附加的信号分量(例如包含二进制信息的信号分量)。二进制信息的信号分量的具体例子包括准备好的字幕数据、观看者内容咨询(“V-片(v-chip)”)数据、扩展的数据业务(XDS)的数据、Starsight节目导引数据等等，它们可在垂直消隐间隔期间被包括在电视信号中。如这里所认识到的，在检测同步或附加的二进制信息分量以前被应用到视频信号的增强处理可改进图象质量，而同时会恶化对于诸如同步或附加的二进制信息的信号分量的检测与处理。
按照本发明的一些方面，视频信号处理设备包括：图象增强处理器，用于增强视频输入信号的选择的参量；和控制装置，用于在代表除视频图象信息以外的信息的图象输入信号的特定部分的时间期间内修正图象增强处理器的运行。在这里作为本发明原理的说明性例子描述的视频增强设备的具体实施例中，提供了用于识别其中包括二进制信息的特定的行间隔的装置、和用于在这些特定行间隔期间内禁止图象增强处理器的装置。
在附图中显示了本发明的上述的和进一步的特性，其中：
图1是体现本发明的电视接收机的方框图；
图2是适用于图1所示的接收机的噪声减小单元的方框图；以及
图3是体现本发明的录象机(VCR)的方框图。
在考虑图1的电视接收机的细节以前，先考虑由本发明所解决的问题是有帮助的。按照本发明的这个方面，已经发现，某些信号处理冲突会出现在电视接收机中。诸如行递归噪声减小和垂直峰化那样的对视频图象数据的图象增强处理，通过例如改进图象的清晰度而改进了所显示的视频图象。另外，当在同步检测以前被应用时，诸如峰化和递归噪声减小那样的增强可改善水平同步的检测，由此大大地减小了由于视频噪声引起的水平抖动。然而，如这里所看到的，诸如递归处理那样的增强处理会恶化被包括在视频信号中的但又不是所显示的图象部分的信息(即非图象的信息)。例如，在NTSC电视信号中的非图象信息包括在垂直消隐间隔期间出现的信号分量，它包括垂直同步和附加二进制信息(例如准备好的字幕数据、扩展业务(XDS)数据、和观看者内容咨询(“V-片”)数据)。在垂直同步检测和附加二进制数据译码前的增强处理会导致垂直同步的不稳定和二进制数据的不可接受的误码率。
所述的问题可通过在增强处理输出端检测来自视频信号的水平同步和产生显视图象的同时，在增强处理功能块的输入端处从视频信号中检测垂直同步和译码二进制数据来解决。然而，增强处理电路可被包括在一个不包括同步检测和二进制数据译码功能的集成电路(IC)中。把一个视频信号使用于水平同步检测以及把另一个使用于垂直同步检测就需要来自IC的两个端子。诸如视频信号处理器那样的复杂的IC典型具有有限的I/O端子。因而，特别不希望需要两个输出端子来提供视频信号，以分别用于同步检测和附加数据译码。
按照本发明的原理，所述的问题在图1的电视接收机中是通过修正在包括除视频图象信息以外的信息的视频信号的间隔期间进行的增强处理而被解决的。如下面详细描述的，修正增强处理包括在出现非图象的信息信号分量期间内减小增强。例如，增强处理可在例如当出现非图象分量时的一个或多个特定的行间隔期间内被周期性地减小。作为一个特例，增强处理可在包括准备好的字幕的NTSC信号的第一场的每个第21行期间内被减小。按照本发明原理的另一个方法是修正在每个垂直消隐间隔内的增强处理。这样做可确保垂直同步或附加二进制数据分量都不被增强处理所恶化。
在图1所示的以及在下面描述的示例性实施例中，在输送二进制的准备好的字幕数据的垂直消隐间隔内的行间隔期间内，修正(即关断)增强处理，从而示范了本发明的原理。这样，视频输出信号(即在增强处理的输出端的信号)可被用来产生增强的图象和用来译码附加二进制数据，而不增加与该二进制数据相关的误码率。图1所示的实施例示范的本发明的原理可被扩展到包括在其它非图象的信息的间隔期间(例如在垂直同步期间、在除了或附加于准备好的字幕数据间隔期间的行间隔期间、或在整个垂直消隐期间)修正增强处理。这样，本发明允许使用在增强处理器的输出端处的视频信号来用于产生增强的视频图象、用于同步检测、和用于附加二进制数据译码。
在图1中，电视接收机包括视频源8，用于提供复合视频输入信号CV1以供显示单元37显示。复合视频信号CV1包括在每一场的“工作的”或显示的行的期间输送的图象分量、以及二进制信息分量(即，本例中的准备好的字幕数据分量)，后者是在垂直消隐间隔的所选择的行的期间被传输的。二进制信息由字幕译码器(34)译码，并被作为在由显示单元37显示的主要图形视频38内的行(39)的镶嵌区域或镶嵌组中的字幕视频被显示。
复合视频信号CV1通过模拟-数字转换器10被变换成数字形式，该转换器，举例说明地，以四倍于彩色副载波频率(4Fsc)的采样速率工作。在这个采样速率下，一个完整的彩色周期(360度)相应于4个时钟周期，以及半个彩色周期(180度)相应于2个时钟或采样周期。有利地，选择4Fsc采样简化了对复合视频信号的递归噪声减小的应用，如将要被描述的那样。
在转换到数字形式以后，数字的复合视频信号(CV2)被加到图象增强处理器(PEP)12，以用于增强输入视频信号的选择的参量。在示例性实施例中，PEP 12提供一个噪声减小的和峰化的亮度输出信号Y2以及一个噪声减小的色度输出信号C，这二者被加到显示处理单元36。单元36提供传统的视频处理功能，例如色调与饱和控制、亮度与对比度控制、RGB矩阵运算等等，并且产生具有适合于加到显示单元37的形式(显示为RGB形式)的视频输出信号。
噪声减小和峰化亮度信号Y2也被加到字幕译码器34，它产生字幕图象信号Y3，用于显示(39)在由单元37显示的主要图象视频信号38的区域内。字幕视频信号可以包括例如准备好的字幕数据，在美国，它是在垂直消隐间隔的所选择行的期间发送的。其它二进制信息，例如在美国的扩展数据业务(XDS)信息，可被包括在视频信号中。如果想要的话，诸如XDS信息的数据可在译码器34中被译码，以便连同(或代替)字幕信息一起显示。
在译码后，字幕(或XDS)信号Y3被加到处理单元37，它包括多路复用开关(图上未示出)，后者(例如，通过时分复用)把信号Y3插入在信号Y2内，以便由单元37显示。可替换地，字幕(或XDC)视频可通过其它方法(例如使用读/写存储器装置)来插入到图象信息内。
用于处理单元36和用于字幕译码器34的垂直和水平同步信号(VS,HS)由同步信号检测器32(在图上以虚线框出)提供。优选地，检测器32被形成在集成电路中，该集成电路具有一个其上加有噪声减小的和峰化的亮度信号的同步信号输入端子29，以及具有用于产生供译码器34与显示处理单元36使用的水平HS和垂直VS定时信号的水平和垂直检测器(31,32)。这些信号也被控制单元45使用(在后面描述)，以用于控制图象增强处理器12的运行。
图象增强处理器(PEP)12提供亮度/色度信号分离、亮度(Y2)和色度(CV2)分量的递归噪声减小、以及亮度分量Y2的垂直峰化等多个功能。
详细地，在PEP中，复合视频信号CV2被加到噪声减小单元14的输入端(1)，该单元14具有输出端2，它提供用以加到梳状滤波器16(在图上被以虚线框出)的噪声减小的复合视频信号CV3。梳状滤波器16包括一个一行(1-H)延时单元17，它具有第一输出端18，提供被精确延时一个水平行(1-H)的复合视频信号CV4，以及具有第二输出端19，提供被延时了比一行少半个彩色周期的延时量的复合视频信号。由于已经选择了的采样周期4Fsc，如前面所指出的，所以复合视频信号CV5被延时比一行少2个采样周期(即，半个彩色周期)的延时量。然后，信号CV5被反馈到噪声减小单元14的输入端4，用来提供“递归”或反馈作用，由此减小复合视频信号CV3的色度和亮度分量的噪声。优选的递归噪声减小单元的细节在后面参照图2被讨论。
回到梳状滤波器16，由延时单元17提供的延时一行的复合视频信号CV4借助于减法器20从未延时的噪声减小的复合视频信号CV3中被减去。这构成了色度梳状滤波器，并在减法器输出端产生两个分量，即：(ⅰ)复合视频信号CV3的色度分量“C”；和(ⅱ)复合视频信号CV3的垂直清晰度的分量“VD”。
显示处理单元36需要没有垂直细节信息的色度分量和没有色度信息的亮度分量，以及希望地，带有增大的(即峰化的)垂直清晰度信息。为了得出分开的色度分量，处理器12包括低通滤波器22，它从由减法器24产生的组合的色度和垂直细节信号中分离出色度信号C2。将要指出，色度信号C2具有已受到的噪声减小，因为它是从由噪声减小单元14产生的噪声减小复合视频信号CV3中得出的。
为了得出亮度信号Y1，经过带通滤波和噪声减小的色度信号C通过减法器24从复合视频信号CV3中被减去。为了得到对于最终得出的亮度信号Y1的峰化，在梳状滤波器16中的减法器20的输出被加到具有扩展到色度信号带宽的较低极限的通带的低通滤波器26。这样就从组合的垂直细节和色度信号(C+VD)中分离出垂直细节信号VD。然后，信号VD被加到垂直峰化单元28，它产生垂直峰化信号VP。开关29把垂直峰化信号VP耦合到加法器30，在其中VP与噪声减小的和分开的亮度信号Y1相组合，以产生噪声减小的和峰化的亮度输出信号Y2。信号Y2和色度信号C2被加到如前面所描述的单元34和36，以便在显示单元37上产生图象38和字幕39显示。
控制单元45提供对于由图象增强处理器PEP 12提供的噪声减小和垂直峰化的接通/关断控制。单元45包括行计数器40，它在每一场的起始处由检测器32提供的垂直同步信号VS复位或清零。行计数器40在由检测器31提供的水平同步信号HS作为时钟信号的同步下，对一场内的行进行计数。比较器44把行计数器40提供的行数与行参考数源42提供的行参考数进行比较，以识别可能包含非图象信息(例如，在第21行中的字幕数据)的垂直间隔中的行。
比较器44的输出46经过导体48被分别耦合到噪声减小单元14和开关29的控制输入端4和27。当垂直消隐间隔中的特定行被比较器44识别时，比较器把“关断”控制信号加到导体48上。在示例性实施例中，“关断”信号出现在特定的间隔(例如，第21行)，不管该间隔是否包括非图象信息。当产生时，“关断”信号通过禁止噪声减小单元14和断开开关29而修正接收机运行，由此关断加到亮度信号上的噪声减小和垂直峰化。这使得字幕数据幅度的失真和上升时间减到最小，这样，字幕译码器误码率相对较低。由于字幕信息只在垂直间隔期间输送，所以观看者将看不到峰化和噪声减小的不存在，即在显示器37的工作显示区中不会看到字幕数据行。
当接收到除了行参考源42中所列出的字幕数据行以外的行时，比较器44把“接通”信号加到导体48，它使得噪声减小单元14能工作，并闭合开关29。这使得垂直峰化和噪声减小能在代表视频图象信息的信号部分的时间期间进行，以使得由单元37显示的“工作的”或代表图象的视频信号被视觉增强。因而，图1的接收机解决了前面讨论的提供低噪声和峰化显示图象而又确保字幕数据的低失真(在幅度和时间两方面)与提供改善的误码率的矛盾的要求。
复合视频噪声减小单元14可以是按传统方式设计的，只要它装有接通/断开控制输入端，例如图1所示的输入端3。图2上显示了示例性的复合视频信号噪声减小单元，它包括一个彩色周期延时单元202，它把复合视频信号CV5延时一个完整的彩色周期(360度或在假定的4Fsc的采样速率下的4个时钟周期)。平均器205将被延时了比一行少半个彩色周期的延时量的复合视频信号CV5与被延时了比一行多半个彩色周期的延时量的复合视频信号CV6进行平均，以产生平均的复合视频信号CV7，在其中，它的彩色分量在时间上一行一行地对准。这意味着平均的信号具有一个在每一行都具有相同的相位而不是逐行地变化180度的彩色副载波。这对于确保被递归地累加的行的彩色分量在对接连的行进行平均的递归滤波过程中不抵消是必须的。
噪声减小信号NR1是通过从行延时的反馈信号CV7中减去复合视频输入信号CV2而产生的。如果当前的行是没有噪声的以及等于先前的行的平均值(而且不存在运动)，则该相减将不产生输出(NR1=0)。然而，如果当前行包含噪声，则该相减将产生代表噪声的差值。通过把这个差值加到输入信号CV2上，噪声将被抵消，因而最终结果的复合视频信号CV3将是噪声减小的。然而，该加法不能直接被完成，因为减法器206也将产生一个代表运动或垂直清晰度差别的输出。为了阻止这些“非噪声”分量产生出大的差别，噪声减小信号NR1在加法器200中被加到复合视频信号之前先被限幅器208限幅。合适的限幅电平是非常小的，例如，在一个或两个IRE视频信号单位的量级。以这个限幅电平，静止图象将受到显著的噪声减小，而运动图象将呈现相对较小的运动假像。为了提供噪声减小系统的接通/断开控制，限幅的噪声减小信号NR2通过由加到控制输入端3上的通/断控制信号控制的开关210被加到加法器200上。
在图1所示的本发明的实施例中，本发明原理被应用到电视接收机，用于减少由于通过上述的图象增强处理造成的字幕数据信号失真(噪声减小和峰化都改变或畸变了波形的形状)引起的字幕错误。然而，本发明具有通用性，并可被应用到除了图1所示的电视接收机以外的设备。例如，图3的实施例说明了本发明原理对于用于对视频磁带进行重放的录像机(VCR)的有用的应用。
记录电视节目的视频磁带也记录电视信号的非图象信息分量，包括同步和诸如准备好的字幕数据的二进制信息。有利的是，确保非图象信息被正确地记录，从而使诸如准备好的字幕那样的数据在重放期间可被译码，以及如果希望的话可被显示。然而，VCR可包括在视频信号处理路径上的图象增强处理。作为一个具体的例子，图3中的VCR300包括图象增强处理器340，用于增强通过端口302接收的视频信号S1。增强处理器340可以是前面对于图1所描述的类型或趋向于恶化非图象信息的其它类型。在图3上，处理器340被放置在视频信号路径上的记录与重放电路308的之前。如图3所示的提供的增强处理在记录之前增强视频信号，由此改善了记录信号和改善了在重放视频磁带期间产生的图象。
然而，没有附加措施，处理器340的作用将使得在处理器340的输出端处的信号S2包含被恶化的非图象信息，该信息将通过电路308、信号S4、和磁头轮(head wheel)306被记录到视频磁带上。结果，在重放期间从磁带上产生的和经过端口304输出的视频信号S3包括被恶化的非图象信息。随后由一个例如被连接到端口304的电视机对被恶化的非图象信息进行译码，这将产生不可接受的高的误码率以及在由该数据产生的显示字幕中相应的不可接受的高的误码率。
图3中的VCR 300通过响应于由控制单元320产生的控制信号S5来修正图象增强处理器340的运行而防止被记录的信号中的非图象信息的恶化。控制单元320和处理器340响应于信号S5而进行的运行类似于图1中上述的控制单元45和处理器12的运行。更具体地，控制单元320响应于由同步检测器318所产生的水平和垂直同步信号HS和VS而产生信号S5，以用于识别在视频信号中出现非图象信息的时间间隔(例如，用于准备好的字幕数据的第21行)。处理器340通过在非图象间隔期间修正图象增强处理来响应于信号S5。在图3所示的示例性实施例中，处理器340在由控制单元320确定的非图象间隔期间禁止增强处理。因此，非图象信息的恶化被大大地减小或消除了。
除了所描述的实施例以外，各种不同的修正是可能的。例如，图1的处理器12和图3的处理器340响应于控制信号而产生的增强处理运行的修正方式是可以改变的。在所描述的有关准备好的字幕数据的实施例中，增强处理被禁止。然而，对于其它类型的数据或其它类型的增强处理，可能希望增强处理器降低处理范围，而不是禁止处理器。另外，图1的控制单元45和图3的控制单元320可控制各自的增强处理器，以使得在每个不同的间隔期间或对于每个不同类型的非图象信息提供不同范围的增强处理，例如，在垂直同步和准备好的字幕期间不增强，在另外的期间减少增强，以及在视频图象信息期间进行全增强。此外，控制单元可产生处理器控制信号，以使得在一个包括各种类型的非图象信息的间隔期间内，把增强修正到一种特定的程度。作为一个例子，增强处理可在垂直消隐间隔被禁止，从而阻止增强处理影响垂直同步和各种不同类型的附加二进制信息。这些和其它的修正都是应该属于以下的权利要求的范围内的。

Claims (8)

1．视频信号处理设备，包括：
图象增强处理器，用于增强视频信号的所选择的参量；
检测装置，用于检测被包括在所述视频信号中的同步信息，和用于响应于所述同步信息而产生定时信号；以及
控制装置，响应于所述定时信号，用于只在相应于除了视频图象信息以外的信息的一部分所述视频信号期间内修正所述图象增强处理器的运行。
2．权利要求1的视频信号处理设备，其特征在于，其中所述图象增强处理器执行对所述视频信号的递归处理，以便增强所述选择的参量；所述递归处理在所述的相应于除了视频信息以外的信息的一部分的所述视频信号的期间内被禁止。
3．权利要求2的视频信号处理设备，其特征在于，其中所述的一部分的所述视频信号包括所述视频信号的同步分量和所述视频信号的二进制信息分量。
4．权利要求3的视频信号处理设备，其特征在于，其中所述同步分量包括垂直同步。
5．权利要求1的视频信号处理设备，其特征在于，其中所述控制装置修正所述图象增强处理器的运行，以便在所述的相应于除了视频信息以外的信息的一部分的所述视频信号的期间内，提供对于所述所选择的参量的第一增强范围，以及在相应于视频图象信息的第二部分的所述视频信号的期间内，提供第二增强范围。
6．权利要求5的视频信号处理设备，其特征在于，其中所述第一增强范围比起所述第二增强范围来说，相当于是减小的增强范围。
7．权利要求1的视频信号处理设备，其特征在于，其中所述除了视频信息以外的信息包括二进制信息；以及所述控制装置修正所述图象增强处理器的运行，以便减小所述二进制数据的误码率。
8．权利要求1的视频信号处理设备，其特征在于，其中所述视频信号处理设备包括录像机；所述录像机包括用于记录和重放所述视频信号的记录/重放装置；所述图象增强处理器被耦合在所述录像机的输入端和所述记录/重放装置的输入端之间；所述控制装置被包括在一个被耦合在所述记录/重放装置的输入端和所述图象增强处理器的控制输入端之间的反馈路径上。
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