CN1237854A - 高分辨率电视格式的自动探测 - Google Patents

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Abstract

在一个视频编码器中自动探测高分辨率电视信号的格式以便对该信号进行恰当编码的方法和设备，该格式包括逐行扫描还是隔行扫描以及特定的像素分辨和垂直方向的行分辨率。该系统兼容于例如SMPTE和MPEG－2等视频标准。通过把视频信号中的时钟脉冲相位锁定到两个或多个可能的参考时钟中的一个时钟上，确定视频样本时钟。一个SAV/EAV计数器与像素样本计数器确定视频信号的水平分辨率，例如每一行的像素数。

Description

高分辨率电视格式的自动探测
本发明涉及在视频编码器中自动探测电视信号格式以便对信号进行恰当编码的方法和设备。本发明特别适用于探测高分辨率电视(HDTV)的格式。
由于数字信号相对于模拟信号具有改进的保真性、带宽效率和灵活性，数字视频、声频和其他数据的通信已日益普遍。例如，许多数字电视广播系统通过直接的卫星广播把数字电视信号传送到用户家中。此外，可以期望数字电视信号的地面广播也将得到广泛的接受。
电视或其他数字数据可以用各种方法获得。例如，一个广播站可能含有一个数字电视节目或其他数据的当地库，这些数据存储在例如磁带等磁存储媒体、或诸如紧凑光盘、数字视盘、激光光盘等光学存储媒体中。广播站还可能从例如卫星分配网络、地面广播网络或微波分配网络等其他发送源接收数字电视或其他数据。
视频数据可以例如在被电视台获得的当时被数字化、压缩和编码，也可以在获得后例如在一个卫星向上链接站中压缩。此外，视频数据可以以压缩状态或非压缩状态存储。一般，压缩涉及到把像素域中的数据样本变换到空间频率域中，进行量化，和利用差分编码和霍夫曼(Huffman)编码法进行编码。然后，编码的数据被与其他视频信号混和到一个数字传送数据流中。还可以在像素域采用运动补偿和估计，以提供进一步的压缩。
然而，为了进行恰当的压缩和编码，必须知道视频数据数据的格式。目前，在“先进电视系统委员会(ATSC)”的数字电视标准中规定了HDTV的各种格式，在美国该标准已被“联邦通信委员会(FCC)”接纳为数字电视广播标准。HDTV的格式有：
(1)逐行扫描1920(水平像素)×1080(行)×60(帧/秒)，像素采样频率148.5MHz；
(2)逐行扫描1920(水平像素)×1080(行)×59.94(帧/秒)，像素采样频率148.5/1.001=148.35MHz；
(3)隔行扫描1920(水平像素)×1080(行)×30(场/秒)(例如540行/场)，像素采样频率74.25MHz；
(4)隔行扫描1920(水平像素)×1080(行)×29.97(场/秒)(例如540行/场)，像素采样频率74.25/1.001=74.175MHz；
(5)逐行扫描1920(水平像素)×1080(行)×24(帧/秒)，像素采样频率74.25MHz；
(6)逐行扫描1920(水平像素)×1080(行)×23.98(帧/秒)，像素采样频率74.25/1.001=74.175MHz；
(7)逐行扫描1920(水平像素)×1080(行)×30(帧/秒)，像素采样频率74.25MHz；
(8)逐行扫描1920(水平像素)×1080(行)×29.97(场/秒)，像素采样频率74.25/1.001=74.175MHz；
(9)逐行扫描1920(水平像素)×1080(行)×25(帧/秒)，像素采样频率74.25MHz；
(10)逐行扫描1280(水平像素)×720(行)×60(帧/秒)，像素采样频率74.25MHz；以及
(11)逐行扫描1280(水平像素)×720(行)×59.94(帧/秒)，像素采样频率74.25/1.001=74.175MHz。
注意，上述像素数是指有效像素数，每帧或每场中的行数是指有效行数。关于各种1920×1080格式，在名为“关于电视-1920×1080扫描和多图形频率模拟与并行数字接口的SMPTE建议标准”的文件SMPTE 274M中有讨论。关于各种1280×720格式，在名为“关于电视-1280×720扫描、模拟与数字表示以及模拟接口的SMPTE标准”的文件SMPTE296M中有讨论。
压缩的HDTV数据格式可以遵从于MPEG(活动图形专家组)-2标准，后者在名为“信息技术-活动图形与相关声频的通用编码，推荐H.262”的文件ISO/IEC13818-2中有说明。
美国已接受了30/29.97帧/秒的HDTV格式，而欧洲的HDTV格式可能会采用25帧/秒的。
此外，数字标准分辨率电视(SDTV)格式包括有30帧/秒和525行/帧的NTSC制式以及25帧/秒和625行/帧的PAL制式。
过去，当对不同格式的视频数据进行压缩和编码时需要一个用户命令将当时的视频格式及其随后的改变通知编码器。例如，当在一个电视频道上进行现场电视广播而随后又播放一场原来已录制的电影时，视频格式可能会改变。这样的程序不是高效率、可靠和方便的。
所以希望能能提供一种系统，它能自动探测视频源的格式，其中包括是HDTV还是SDTV，逐行扫描还是隔行扫描。该系统应该兼容于例如SMPTE视频标准和例如MPEG-2视频压缩标准。
本发明即提供具有上述及其他优点的系统。
本发明涉及在视频编码器中自动探测电视信号格式以便对信号进行恰当编码的方法和设备。本发明特别适用于探测高分辨率电视(HDTV)格式。通常，一个格式由以下一些要素定义：垂直和水平像素分辨率、帧频率、和视频信号是逐行还是隔行扫描的。
公开了一种用来在一个视频信号含有一些相继图形(例如相继帧或场)时确定该视频信号格式的方法。每个图形都含有一些相继的行，并且至少有某些行含有至少一个参考序列，其后跟随着一些相继的像素样本场。提供视频信号的一个时钟信号，该信号含有一系列对应于像素样本场的相继时钟脉冲。也就是说，时钟频率与像素采样频率相同。本方法包括以下步骤：探测位于视频信号特定行中的参考序列；在响应于探测到参考序列时起动时钟脉冲的计数；以及探测位于特定行的下一行中的参考序列。当探测到该下一行中的参考序列时，计数将达到一个参考计数值。本方法还包括以下步骤：向一个控制器提供一个表明了参考计数值的信号；以及在控制器中根据该参考计数值确定视频信号的格式。
参考序列可以含有一个有效视频序列开始码(SAV)和/或一个有效视频序列结束码(EAV)。
本方法还可以包括这样的步骤：由控制器向一个视频压缩器提供一个控制信号，使后者能根据探测到的视频格式压缩视频信号。
参考计数值可以代表视频信号的水平分辨率、垂直分辨率(例如每帧的行数)和帧频。
本方法还可以包括以下步骤：监视时钟信号以确定何时不能得到时钟脉冲；以及在响应于监视步骤时提供一个控制信号，以便在不能得到时钟脉冲时选择一个辅助时钟信号。
本方法还可以包括以下步骤：探测时钟信号中的相继时钟脉冲以获得一个视频信号时钟；提供一个具有第一频率的第一时钟参考信号和一个具有不同于第一频率的第二频率的第二时钟参考信号；例如在一个锁相环中将时钟脉冲的相位分别与第一、第二参考时钟的相位作比较，以确定哪一个参考时钟相应于时钟脉冲；向控制器提供一个指明了相应的参考时钟的信号；以及根据相应的参考时钟确定视频信号的格式。
本方法还可以包括以下步骤：确定视频信号各相继图形的格式，以探测从第一格式到第二格式的格式改变；在第一格式的最后一个图形后面把一个序列结束码插入到压缩视频信号中。可以在第二格式的第一个压缩图形的开始处插入一个序列开始码。
本方法还可以包括这样的步骤：探测视频信号的一个预定比特序列，即F比特并根据所探测到的F比特确定视频信号是逐行扫描还是隔行扫描的。
还公开了一种相应的设备。
图1示出根据本发明的视频格式探测电路的概貌框图。
图2示出根据本发明的视频格式探测电路的详细框图。
图3示出用于本发明的一个视频帧实例。
图4示出用于本发明的一个视频行实例。
图5示出根据本发明的一种SAV/EAV探测器与样本计数器。
图6示出用于本发明的一种锁定探测电路。
本发明涉及在视频编码器中自动探测电视信号格式以便对信号进行恰当编码的方法和设备。本发明特别适用于探测高分辨率电视(HDTV)的格式。
图1示出根据本发明的视频格式探测电路的概貌框图。该电路总的由代号100表示。包含着未压缩数字像素数据的输入视频信号被提供给：一个时钟频率探测器115、一个SAV(有效视频开始码)/EAV(有效视频结束码)探测器与采样计数器135、以及一个视频压缩器140。输入视频信号含有一个独立的时钟信号CLK，对格式(3)-(11)而言其时钟脉冲频率为74.25MHz或74.175MHz。对于格式(1)和(2)，则采用148.5MHz或148.35MHz的时钟。CLK信号在物理上可以由与运载视频数据的导线分开的导线运载。例如，可以用20条导线运载视频数据，其中例如10条用于运载10比特的亮度样本，10条用于运载10比特的色度样本，另外用一条导线运载时钟信号。由于像素样本是与时钟同步的，所以该时钟信号可看作是视频时钟信号。时钟频率控制探测器115探测输入视频时钟，并提供相应的输出信号CLK-74M，其频率为74.25MHz或74.175MHz，该输出信号可用作视频样本时钟。如果电路100工作于自由运行模式，即没有给时钟频率探测器115提供输入视频信号，则辅助时钟110将根据来自一个微控制器130的控制信号提供74.5MHz或74.175MHz的视频时钟信号。
SAV/EAV探测器与样本计数器135探测输入视频信号的帧频，例如每秒23.98、24、29.97、30、59.94或60帧。这里所用的术语“图形”是指一个帧，例如逐行扫描信号中的一帧或者隔行扫描信号中的一场。探测器/计数器135确定视频数据中相继两个SAV场或EAV场之间的像素样本数目，并向一个数字逻辑运算器120提供相应的控制信号，后者可以用可编程逻辑阵列(PLA)实现。数字逻辑运算器120还与时钟频率探测器115通信。
数字逻辑运算器120根据从时钟频率探测器115和探测器/计数器135接收到的信息，确定输入视频信号的格式。数字逻辑运算器120把一个对应于探测到的视频格式的控制信号提供给一个主时钟发生器125，接着，后者提供一个固定的输出信号CLK-54M，其频率为54MHz。这个输出信号可以用作为系统时钟。例如，可以把CLK-54M除以2而得到一个27MHz的MPEG-2时钟，后者可用于数据成包器(packetizer)。
数字逻辑运算器120还把一个控制信号提供给微控制器130，接着，后者将向视频压缩器140发送一个控制信号，例如一个预定的码字，使后者能相应的格式压缩输入视频数据。然后视频压缩器140输出相应的压缩数字视频比特流。
图2示出根据本发明的视频格式探测电路和的详细框图。图2和图1中用相同代与所表示的单元相同。如果存在有输入视频信号，则将有输入视频时钟脉冲CLK提供给一个时钟探测器208和一个除法器210，其中的CLK将在下面结合图4进行讨论。如果时钟探测器208探测到了CLK脉冲，它将由一个多路转接器(MUX)212发送一个控制信号，命令该MUX选通除法器210输出的值。如果时钟探测器208没有探测到输入视频时钟，则MUX212将被指令选通除法器214输出的辅助时钟值。
除法器214从总的由110代表的辅助时钟接收时钟信号。辅助时钟110含有一个振荡频率为74.25MHz的第一温控晶体振荡器(TCXO)202和一个振荡频率为74.175MHz的TCX0204。振荡器202和204的容差例如都可以是±20ppm(ppm：百万分之一)。一个MUX206根据一个选择信号TCXO-SEL选通来自振荡器202、204中的一个的时钟信号。当不能得到CLK时，数字逻辑运算器120将通过一条未示出的路径自动地提供TCXO-SEL，作为最新探测到的CLK频率。
MUX212的输出被提供给相位探测器(PD)216和218。还通过一个除法器220向PD216提供一个反馈信号，通过一个除法器230向PD218提供一个反馈信号。PD216和218的输出分别被有源滤波器224和234滤波，这两个滤波器都是基于运算放大器构筑的低通滤波器。有源滤波器224和234滤去高频成分。滤波器224的输出是提供给压控晶体振荡器(VCXO)226和一个锁定探测电路222的控制电压，而滤波器234的输出是提供给VCXO236和一个锁定探测电路232的控制电压。类似地，VCXO256的输入也是一个控制电压。
如果输入给PD216的两个信号互相同相，例如它们工作于相同的频率，则提供给锁定探测器222的控制电压将位在一个预定的电压范围内，由此使探测器222能确定已达到了PLL(锁相环)的锁定状态。锁定探测器222将向数字逻辑运算器120发送一个相应的控制信号60PLL-LOCK，指明锁定或非锁定状态。
下面将结合图6更详细地讨论锁定探测器222、232和252。
VCXO226的自由运算频率为74.25MHz。如上面所讨论的，VCXO226的输出通过除法器220被反馈给PD216，该输出还提供给一个除法器244和一个MUX228。
除法器220、PD216、有源滤波器224、VCXO226以及VCXO226与除法器220之间的通道构成了一个锁相环(PLL)。
类似地，提供给PD218的MUX212输出被与频率为6.1875MHz的除法器230的输入信号相比较。如果MUX212的输出与除法器230的输出同相，则PD218输出的相应信号将在经过有源滤波器234的滤波后使锁定探测器232探测到锁定状态。然后锁定探测器将向数字逻辑运算器120提供一个指明了锁定或非锁定状态的相应控制信号59.94 PLL-LOCK。此外，来自滤波器234的滤波信号将被提供给自由运行频率为74.175MHz的VCXO236。VCXO236的输出提供给MUX228，并通过除法器238和230提供给一个反馈路径中的PD218。
除法器238和230、PD218、有源滤波器234、VCXO236、以及VCXO236与除法器238之间的通道构成了一个PLL。
数字逻辑运算器120还从SAV/EAV探测器与样本计数器135接收一个指明了输入视频数据中两相继SAV场或EAV场之间的样本数目的控制信号。还有，数字逻辑运算器120从时钟探测器208接收一个指明了存在有输入视频时钟CLK的信号74CLK-DET。数字逻辑运算器120根据各个输入信号确定输入视频信号的格式，并提供一个输出信号60/59-SEL，该信号被MUX228用来从运行于74.25MHz的VCXO226，或者运行于74.175MHz的VCXO236选取一个视频样本时钟。
MUX228的输出CLK-74M是相应的主时钟信号(例如视频样本时钟)。选择信号60/59-SEL还被提供给MUX242，用来从除法器244或者246选取一个输入信号。除法器244的输出具有频率74.25MHz/1001=74.17582418kHz，而除法器500的输出具有频率74.175kHz。PD248接收MUX242的输出和一个来自除法器250的信号，该信号也具有频率54MHz/728=74.17582418kHz。如果锁定探测器252探测到有源滤波器254的输出具有锁定状态，它将向数字逻辑运算器120发送一个指明了锁定或非锁定状态的控制信号54PLL-LOCK。滤波的输出被提供给VCXO256以产生时钟信号CLK-54M。VCXO256的自由运行频率为54MHz。
VCXO226、236和256的工作容差例如可以是±80ppm。
确定了输入视频信号的格式之后，数字逻辑运算器120将向微控制器130发送一个相应的控制信号，然后后者将命令视频压缩器140以相应的格式压缩输入视频信号。
SAV/EAV探测器与样本计数器135探测输入视频信号每一行的有效视频数据的开始码和结束码。计数器135还对每个有效视频行中的有效像素样本和无效象素样本进行计数，对此下面将更详细地讨论。
方框205中的各个单元可以用一个现场可编程门阵列(FPGA)实现。
注意，图2的设计可以通过添加两个PLL来探测频率为148.5MHz和148.5/1.001=148,35MHz的样本时钟，从而扩展成可以探测1920×1080×60Hz或59.94Hz这两种格式(例如分别为格式(1)和(2))。
图3示出一个用于本发明的视频帧实例。总的由300代表的该视频帧包含一个垂直消隐区310和许多视频行1至N。例如，帧300可以含有720个或1080个有效视频行。对于隔行扫描视频信号，一帧含有540个有效行。第一视频行320含有一个EAV场325、一个保留数据场330、一个SAV场、335和数字像素数据的第一行340。保留数据场330可以含有辅助数据或消隐码字。类似地，第N行350含有一个EAV场355、一个保留场360、一个SAV场365和像素数据的第N行370。例如，对于HDTV帧来说，像素数据行340、370各自都可以含有1280或1920个有效数字像素样本。
图4示出一个用于本发明的视频行实例。一个帧中的每一个像素数据行340都含有一些相继的像素样本场。此外，一个时钟信号405含有时钟脉冲CLK410、420、430、440和450，这些脉冲分别对应着像素样本场415、425、435、445和455。CLK脉冲由图2中的时钟探测器208探测，以确定输入视频信号的时钟频率。
每个像素样本场415、425和435都含有亮度像素数据和内插的色度像素数据。
图5示出根据本发明的SAV/EAV探测器与样本计数器135，它己在图1和2中出现过，用来分别根据标识SAV或EAV的预定比特序列探测图3中的SAV场335、365或EAV场325、355。由于SAV和EAV序列定义了每个视频行中的参考点，所以它们可看成是参考序列。例如在前面提及的SMPTE 274M和296M标准中所说明的，一个SAV或EAV序列包括4个相继的码字，即一个全为“1”的码字，两个全为“0”的码字，和一个含有“F”,“V”,“H”,“P”比特的码字。
F比特指明当前帧是逐行扫描还是隔行扫描的。具体地说，对于逐行扫描F比特永远为“0”；对于隔行扫描，则F比特对第一场中的各行为“0”，对第二场中的各行为“1”。V比特指明当前行是垂直消隐区的一部分。H比特指明水平消隐区。P比特是奇偶性比特。SAV序列由H=0标识而EAV序列则由H=1标识。
这样，通过在一个解调器500中解调输入视频信号，并在一个解码器510中解码各个数据场，就可以向SAV/EAV探测器520提供SAV和/或EAV序列，向像素样本计数器530提供CLK脉冲。探测器520和计数器530可以用已知的计数器电路实现。
SAV/EAV探测器520探测视频数据中的每个SAV或EAV场，并在探测到每个相继的SAV或EAV场时向像素样本计数器530发出一个复原命令。此外，SAV/EAV探测器520能够探测F比特，以区分逐行扫描和隔行扫描。例如，SAV/EAV探测器与样本计数器135可以根据F比特来区分1920×1080×30Hz或29.97Hz的逐行扫描和隔行扫描。
在接收到SAV/EAV探测器520的每个复原信号之后，像素样本计数器530将开始对每一行进行CLK脉冲的计数，以确定像素分辨率。虽然权根据对一个帧中的一个行计数所得到的CLK脉冲数就足以确定每一行的像素数，但最好还是对每一个行来确定像素分辨率，这样当像素分辨率不匹配于任一种已知分辨率值时可以快速地发现错误。然后，计数器530向图1和2中的数字逻辑运算器120提供一个相应的信号，指明两相继EAV或SAV之间的像素样本数。该信号指明了一个样本参考计数，它应是计数器530接收到下一个复原信号时的计数值。
可以采用各种样本计数方案。例如，有可能确定非相邻的两个EAV或SAV之间的像素样本数，并把它换算成一个行中的样本数。
当已知时钟频率、每行像素数、和F比特之后，便可以由图1和2中的数字逻辑运算器120根据表1确定输入视频数据的格式。为了确定格式，F比特并不是对所有情况都是必须的。
假定图2的设计已被扩展成能分别用逻辑时钟信号148.5PLL-LOCK和148.35PLL-LOCK来探测148.5MHz和148.5/1.001=148.35MHz的样本时钟。
在表1中，“(I)”代表隔行扫描视频信号，“(P)”代表逐行扫描视频信号。“X”代表“不关心(即没有关系)”的值。如果每行的像素数与列出的各个值都不一致，则将宣告“同步丢失”，并向系统控制器提供一个相应的出错消息。如果60PLL-LOCK和59.94PLL-LOCK两者都为“真”，则因为输入视频信号不可能有两个不同的时钟频率，故将宣告PLL(锁相环)出错。注意，在区分格式(3)和(7)时，或区分格式(4)和(8)时，需要F比特。
                                                                                 表1
60PLL-LOCK 59.94PLL-LOCK 148.5PLL-LOCK 148.35PLL-LOCK 两相继SAV或EAV之间样本数 视频格式 注
× × 真 假 2200 (1)1920×1080×60(P)
× × 假 真 2200 (2)1920×1080×59.94(P)
真 假 × × 2200 (3)1920×1080×30(I) 需要F比特
假 真 × × 2200 (4)1920×1080×29.97(I) 需要F比特
真 假 × × 2750 (5)1920×1080×24(P)
假 真 × × 2750 (6)1920×1080×23.98(P)
真 假 × × 2200 (7)1920×1080×30(P) 需要F比特
假 真 × × 2200 (8)1920×1080×29.97(P) 需要F比特
真 假 × × 2640 (9)1920×1080×25(P)
真 假 × × 1650 (10)1280×720×60(P)
假 真 × × 1650 (11)1280×720×59.94(P)
× × × × 其他值 同步丢失
假 假 × × × 同步丢失
真 真 × × × PLL出错
应该指出，两相继SAV或EAV之间的样本数多于每行的有效像素样本数。例如，对于格式(1)，两相继SAV或EAV之间的样本数为2200，但每行的有效像素样本数只有1920个。多余的样本数被保留数据和无效像素样本占用。
探测到的视频格式可以用一个参数“Video-mode(视频模式)”指明，并由一个主压缩控制器(MCC)每帧读出一次。如果判定出现了视频格式改变，则MCC将执行下述操作：(1)强迫原理视频格式的最后一个图形组(GOP)为一个结束GOP；(2)在原视频格式的最后一帧之后在比特流中插入一个MPEG-2序列结束码(0×00000187)；以及(3)在新视频格式的开始处插入一个序列开始码，并开始新的GOP。
此外，一旦确定了视频格式，将按照下列表2中所指明的新视频格式设置MPEG-2序列参数。
                                            表2
视频格式  (1)  (2)  (3)  (4)  (5)  (6)  (7)  (8)  (9)  (10)  (11)
水平大小  1920  920  1920  1920  1920  1920  1920  1920  1920  1280  1280
垂直大小  1080  1080  1080  1080  1080  1080  1080  1080  1080  720  720
帧频码  1000  0111  0101  0100  0010  0001  0101  0100  0011  1000  0111
帧频或场频  60  59.94  30  29.97  24  23.98  30  29.97  25  60  59.95
逐行-序列  1  1  0  0  1  1  1  1  1  1  1
在表2中，逐行扫描用“逐行-序列”=1指明，隔行扫描用“逐-序列”=0指明。
此外，当探测到视频格式改变时，帧频参数将被传送给一个包处理器。包处理器利用帧频信息进行“呈现时间标记(Presentation Time Stamp,PTS)/解码时间标记(Decode Time Stamp,DTS)计算。帧频和图形大小参数被传送给图1和2中的视频压缩电路140。压缩电路中的一个画面(panel)分割器可以根据视频格式构形。画面分割器把一个视频帧分割成一些，例如8个，水平画面，使视频数据的各个画面可以由分开的各个压缩芯片并行地进行压缩，由此加快处理速度。
图6示出本发明中使用的锁定探测器电路。锁定探测器电路222也可以用于图2的探测器232和252。总的来说，锁定探测器电路的功能是探测一个PLL电路的状态。该电路的输出逻辑值可以根据锁定状态改变。电路222根据VCXO控制电压来判断稳定电路。当控制电压位在两个预定电压之间时，例如位在一个窗口内时，将判定PLL是锁定的。如果控制电压在该窗口之处，或者控制电压有大的交流摆动，则将认为该电路没有锁定。
当PLL电路没有锁定时，控制电压将在一个正实电压与一个负实电压之间振荡或有交流摆动。当PLL锁定时，控制(电压将是一个直流电压，可能带有也可能不带有小的交流摆动，其电压值在两个实电压值之间。典型地，锁定时PLL输出为逻辑“高”，未锁定时输出为逻辑“低”，虽然也可以选择用相反的逻辑电平来表示。
电路222含有一个整流器，.它可以把控制电压中的交流成分转换成一个直流电压，从而大的交流摆动将产生位于锁定窗口之外的大直流电压。
电路222在端头602处接收第一偏置电压(例如+5V)，而在端头604和606处接收第二电压原翻译稿P21红笔圈画部分(例如-5V)。在本例中，控制电压是图2中VCXO226的输入，这里它被输入给端头610和放大器612的正输入端。放大器612起着一个缓冲电路的作用，使电路222不会不必要地消耗控制电压。从放大器612的输出端通过导线614向其负输入端提供反馈信号。该放大器通过一个扼流线圈616被第一偏置电压偏置，该线圈通过一个电容618接地。该放大器还通过一个扼流线圈660被第二电压偏置，该线圈通过一个电容658接地。电感616、660和电容618、658起到了电磁干扰(EMI)滤波的作用。
放大器612的输出信号被一个由电阻624和626组成的分压器分压。并行地，放大器612的输出被提供给一个电阻620和一个二极管(例如半波整流器)，后者仅让正电压通过。二极管622和电阻624在一个共同的节点623处相连接，该节点又与放大器640和650相连。在节点623与地之间设有一个电容628。设置电阻620的目的是限制电容628充电路径上的电流。
放大器612输出端的交流信号被二极管622和电容628转换成滤波的直流电压，并存储在电容628上。电阻624和626让电容628得以放电。此外，由电阻624和626所构成的分压器使得节点623处的电压只是控制电压的直流成份的一部分。
放大器640的正输入端被提供以端头602处的第一偏置电压的经过了由电阻632和634所构成的分压器分压后的电压。这两个电阻设定了PLL的电压上阈。设置电容630的目的是旁路噪声。放大器640被端头602处的第一偏置电压和端头606处的第二置电压偏置。电容636和648提供噪声滤波。
电阻638提供滞后回线信号，该信号在节点641处被叠加在放大器640和650的输出上。
放大器650的负输入端被提供以经过电阻654和652分压后的端头604处的第二偏置电压。这两个电阻设定了PLL的电压下阈。要使PLL锁定，节点623处的电压必须位于电压上阈与电压下阈(例如+1.6V与-1V)之间。电容656用于噪声旁路。锁定探测信号60PLL-LOCK通过电阻642输出。二极管646限制锁定探测信号的幅度。
放大器640和650都是作为开路集电极器件的比较器，使得它们的输出可以在节点641处实现“或”运算。具体地说，当节点623处的电压高于由电阻632和634所设定的电压上阈(例如+1.6V)或者当节点623处的电压低于由电阻652和654所设定的电压下阈(例如-1V)时，输出60PLL-LOCK都将为逻辑“低”。对于位于这两个电压阈值之间的电压，输出将为逻辑“高”。
电阻661是开路集电极比较器640和650的输出提压电阻。
图6的电路可以用于图2中的锁定探测器232和252，以分别提供锁定探测信号59.94PLL-LOCK和54PLL-LOCK。
可以看出，本发明提供了这样一种系统，它能自动地探测一个HDTV视频源的格式，其中包括探测逐行扫描还是隔行扫描以及具体的像素分辨率和垂直方向的行分辨率。该系统与诸如SMPTE和MPEG-2等视频标准相兼容。视频样本6时钟通过把该视频信号中的时钟脉冲锁相成两个或多个可能参考时钟中的一个而被确定。一个SAV/EAV计数器与像素样本计数器确定视频信号的水平分辨率，例如每行的像素数。
该系统对每个参考时钟都采用PLL，这些PLL的锁定范围都比较窄，使得对于一个输入频率不会有两个PLL同时锁定。该系统通过计数一个视频行中的样本数来区分每秒24帧的视频信号和每秒30帧的视频信号，并区分720行的逐行扫描信号和1080行的隔行扫描信号。
此外，设置了一个PLL锁定探测电路来根据一个预定的电压范围探测一个视频信号的各种可能的时钟频率。
虽然本发明是结合各种具体实施例来说明的，但熟悉本技术领域的人们可以看到，在不偏离权利要求书中所定义的本发明精神和范畴的情况下，可以对这些实施例作出许多变通和修改。
例如，本发明可以变通得能使用于SDTV信号，例如用来自动区分NTSC信号和PAL信号。这可以通过探测相继两个SAV或EAV之间的相应像素样本数和探测相应的视频时钟来实现。该系统也可以用来区分每秒30帧的美国HDTV格式和每秒25帧的欧洲HDTV格式。
此外，虽然探测到的视频格式最好是被压缩器用来以恰当的格式压缩探测到的视频数据，但这并不是必需的。例如，有可能会仅希望被动地监视数据以收集统计信息，或者是为了其他的目的，例如为了销售或复制保护等目的而需要向视频信号添加辅助数据。

Claims (18)

1、一种确定一个视频信号的格式的方法，其中上述视频信号包括一些相继的帧，每一帧含有一些相继的行，而且至少一些行含有一个其后跟随着一些相继像素样本场的参考序列，并且其中提供了上述视频信号的一个时钟信号，该时钟信号含有一些对应于各个像素样本场的时钟脉冲，该方法包括以下步骤：
探测上述视频信号的一个特定行中的参考序列；
在响应于探测到参考序列时起动对上述时钟脉冲的计数；
探测跟随在上述特定行后面的下一行中的参考序列；
其中当探测到下一行中的参考序列时计数值将达到一个参考计数值；
向一个控制器提供一个指明了参考计数值的信号；以及
在控制器中根据参考计数信号确定上述视频信号的格式。
2、根据权利要求1的方法，其中：
参考序列至少包括一个有效视频开始码(SAV)和一个有效视频结束码(EAV)。
3、根据权利要求1或2的方法，它还包括下列步骤：
由控制器向一个视频压缩器提供一个控制信号，使视频压缩器按照探测到的视频信号格式去压缩上述视频信号。
4、根据前述各权利要求项中任一项的方法，其中：
上述参考计数值指明了上述视频信号的水平分辨率、垂直分辨率和帧频等三个参数中的至少一个参数。
5、根据前述各权利要求项中任一项的方法，它还包括以下步骤：
监视上述时钟信号以确定何时不能得到上述时钟脉冲；以及
在响应于上述监视步骤时提供一个控制信号，以在上述时钟脉冲不能得到时选择一个辅助时钟信号。
6、根据上述各权利要求项中任一项的方法，它还包括以下步骤：
根据上述时钟信号恢复上述时钟脉冲的各个相继脉冲，以获得一个视频信号时钟；
提供一个具有第一频率的第一时钟参考信号和一个具有不同于第一频率的第二频率的第二时钟参考信号；
将上述视频信号时钟的相位分别与上述第一和第二参考时钟的相位相比较，以确定上述两参考时钟中哪一个相应于上述视频信号时钟；
向控制器提供一个指明了该相应参考时钟的信号；以及
根据相应参考时钟确定上述视频信号的格式。
7、根据前述各权利要求项中任一项的方法，它还包括以下步骤：
确定上述视频信号的各相继帧的格式，以探测从第一格式到第二格式的格式改变；以及
在具有第一格式的最后一帧的后面把一个序列结束码插入到上述视频信号中。
8、根据权利要求7的方法，它还包括下列步骤：
在具有第二格式的第一帧的开始处插入一个序列开始码。
9、根据上述各权利要求项中任一项的方法，它还包括以下步骤：
探测视频信号的F比特，以及
根据探测到的F比特确定视频信号是逐行扫描的还是隔行扫描的。
10、一种确定一个视频信号的格式的设备，其中上述视频信号包括一些相继的帧，每一帧含有一些相继的行，而且至少一些行含有至少一个其后跟随着一些相继像素样本场的参考序列，并且其中提供了一个上述视频信号的时钟信号，该时钟信号含有一些对应于各个像素样本场的时钟脉冲，该设备包括：
用来探测上述视频信号的一个特定行中的参考序列的装置；
用来在响应于探测到参考序列时起动对上述时钟脉冲的计数的装置；
用来探测跟随在上述特定行后面的下一行中的参考序列的装置；
其中当探测到该下一行中的参考序列时计数值将达到一个参考计数值；
用来向一个控制器提供一个指明了参考计数值的信号的装置；
用来在控制器中根据参考计数值确定上述视频信号的格式的装置。
11、根据权利要求10的设备，其中：
参考序列至少包括一个有效视频开始码(SAV)和一个有效视频结束码(EAV)。
12、根据权利要求10或11的设备，它还包括：
用来从控制器向一个视频压缩器提供一个控制信号的装置，使该视频压缩器能按照探测到的视频信号格式去压缩上述视频信号。
13、根据权利要求10至12中任一项的设备，其中：
上述参考计数值指明了上述视频信号的水平分辨率、垂直分辨率和帧频等三个参数中的至少一个参数。
14、根据权利要求10至13中任一项的设备，它还包括：
用来监视上述时钟信号以确定何时不能得到上述时钟脉冲的装置；以及
用来在响应于上述监视步骤时提供一个控制信号以在上述时钟脉冲不能得到时选择一个辅助时钟信号的装置。
15．根据权利要求10-14中任一项的设备，它还包括：
用来根据上述时钟信号恢复上述时钟脉冲中的各个相继脉冲以获得一个视频信号时钟的装置；
用来提供一个具有第一频率的第一时钟参考信号和一个具有不同于第一频率的第二频率的第二时钟参考信号的装置；
用来将上述视频信号时钟的相位分别与上述第一和第二参考时钟的相位相比较以确定上述两个参考时钟中哪一个参考时钟相应于上述视频信号时钟的装置；次及
用来向控制器提供一个指时了该相应参考时钟的信号的装置；其中：
上述确定装置根据该相应参考时钟确定上述视频信号的格式。
16．根据权利要求10至15中任一项的设备，其中确定上述视频信号的各相继帧的格式以探测从第一格式到第二格式的格式改变，该设备还包括：
用来在具有第一格式的最后一帧的后面把一个序列结束码插入到上述视频信号中的装置。
17．根据权利要求16的设备，它还包括：
用来在具有第二格式的第一帧的开始处插入一个序列开始码的装置。
18．根据权利要求10至17中任一项的设备，它还包括：
用来探测上述视频信号的F比特的装置；其中：
上述确定装置根据探测到的F比特确定视频信号是逐行扫描的还是隔行扫描的。
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