CN1301114A - 梳状滤波器的向量幅度控制 - Google Patents

Abstract

自适应梳状滤波器电路响应于色度向量绝对值以限制悬挂点。色度向量绝对值通过延迟(31)带通滤波视频信号以便同时提供多个样本绝对值来计算。多个样本绝对值被加权(32)和求和(33)。选择多个样本绝对值的最大值(37)和最小值(38),并分别加权(34,39)。将加权的最大值和最小值与加权样本的和进行合并(35),以提供近似色度向量绝对值。显示了得出在1.5%p—p误差内的实时色度向量幅度值的例示性电路。向量幅度近似电路可以用于计算由不具有正交关系的连续样本表示的向量。

Description

梳状滤波器的向量幅度控制

本发明涉及用于处理以向量形式传送信息的电信号的电路。这种信号的个例子是复合视频信号的色度分量。

本发明部分地针对确定采样信号的向量的幅度。如果一个信号的各个采样是一个向量的正交分量，则向量幅度可以通过形成正交分量的平方和的平方根来确定。虽然该功能在计算机上计算是简单的，但却难以实现以视频采样率执行该功能的电路。如果各个信号样本不是向量的正交分量，则平方和算法根本不会产生所希望的结果。

梳状滤波器是用于分离视频信号的频率插入(frequency-interleaved)分量的最佳电路。其中，三线自适应梳状滤波器提供最好的性能-价格折衷。三线自适应梳状滤波器使用两个一线延迟来同时提供来自三个连续视频线的信号。自适应控制电路确定为自第一和最后一线的视频信号与来自中间线的视频信号相合并的比例，以产生分离的视频信号分量。

在特定信号条件下，自适应梳状滤波器将产生不希望的悬挂点。已经确定，用表示各个线中的色度信息的向量的幅度产生的控制信号被用来最小化由自适应梳状滤波器输出的不希望的悬挂点。因此，需要用于以视频速率产生向量幅度的装置。还需要一种用于产生采样信号中的向量幅度的方法和电路，其中，各个样本不是向量的正交分量。

用于产生采样向量的幅度的方法包括对多个连续样本进行加权，以产生同样多个加权样本的幅度，确定多个样本中最大的幅度，对这个幅度进行加权，以产生一个最大样本值，以及，对多个加权样本和最大值进行求和。

用于确定向量幅度的装置包括一个用于同时产生多个样本的抽头延迟线。各个加权电路与各个抽头相连，加权样本与第一信号加法器相连。最大检测器与各个抽头相连，用于选择最大样本值。这个样本值被加权，并加到又一个信号加法器上，在此将其与从第一信号加法器输出的信号相加。

这个方法和装置的例示应用见于一个自适应梳状滤波器，其中，将来自视频信号的中间线的色度分量向量的幅度与来自视频信号的第一线和最后一线的色度分量向量的平均幅度的比用于控制一个软开关，以改变分离的亮度信号的内容。

下面将参考附图进一步说明本发明，在附图中：

图1是现有技术的自适应三线梳状滤波器的方框图；

图2是显示本发明的一个实施例的方框图；

图3和4是实施本发明的用于计算一个信号向量的近似值的电路的方框图；

图5是用于产生一个控制信号以操作图2中所用的软开关的例示性电路的方框图。

本发明是在视频信号梳状滤波器环境下说明的。但本发明并不限于这个应用。

图1显示了三线梳状滤波器的一个数字版本。在这个例子中，将每一线中的色度分量所占据的视频信号频谱部分通过带通滤波器BPF分离出来。将这些信号在自适应色度滤波器中以减法进行合并，以产生梳状滤波色度信号。然后将梳状滤波色度信号从一线延迟宽带视频信号中分离出来，以产生一个分离的亮度分量。在图1中，将来自三条线的低通滤波信号在垂直峰化电路中进行比较，以产生一个峰化信号，并将该峰化信号与梳状滤波色度信号相加。峰化信号将增强亮度响应。

当视频信号的相邻线之间有高度相关时，梳状滤波器工作得良好。如果视频信号的相邻线不是很好地相关，则梳状滤波器的响应下降。当色度垂直细节被误解为亮度时，出现亮度点(或更精确地，“交叉亮度”)。自适应梳状滤波器对于这个问题比简单的梳状滤波器更不敏感，因为它们选择来自与中间线具有最高相关的第一线和最后一线的信号来与中间线合并。然而，在处理带有一线色度图形的视频时，即使自适应梳状滤波器也产生亮度点。有益的例子例如有经常出现的在电视新闻的标题下面的红色线条，或用于生成在股票市场“工具条”周围的方框的细蓝线。

梳状滤波器以一行色度图形产生点，因为在问题行及其两个相邻行之间具有较差的相关。

可以通过在低线间相关期间用带通滤波视频信号有选择地替代加到亮度减法器上的梳状滤波色度信号来部分地防止亮度点。在替代期间，加到减法器上的产生亮度信号的色度信号是非常相关的，不会产生亮度点。不幸的是，在信号频谱的这个带通部分中的亮度分量也是非常相关的，因此消除了亮度信号的高频部分。

名义上的切换是由一个软开关来执行的，从而加到减法器上的色度信号在带通和梳状滤波色度信号之间分配。在图1中，软开关由垂直细节或峰化信号的幅度控制。

图2显示了一个改进的自适应梳状滤波器，其中悬挂点比图1的装置显著减少。在图2电路中，使软开关控制电路有利地响应于来自中间线的带通信号的幅度与来自第一和最后一线的带通滤波信号的平均幅度的比。更特别地，软开关响应于在三条线中出现的色度向量的比，也响应于垂直峰化信号。

发明人已经确定，如果遵守下列软开关标准，则悬挂点最少。第一，假设软开关进行操作以便以K(带通色度)+(1-K)(梳状滤波色度)的比例合并带通和梳状滤波色度，其中K是1或小于1的变量。第二，建立两个与垂直细节的幅度有关的阈值，根据阈值来评定垂直细节的幅度等级。特别地，将垂直细节评定为0、1或2，这取决于垂直细节的幅度是小于阈值、在阈值之间还是大于阈值。阈值相差25％。例示性的阈值为VD_min和5VD_min/4。第三，计算第一(顶)和第三(底)视频线的色度向量的幅度的平均，并用两个因子加权，以形成两个进一步的阈值。将第二(中间)线的色度向量的幅度与两个进一步的阈值进行比较，并根据它是小于两个进一步的阈值、在两者之间还是大于两者而将其评定为0、1或2。例示性的加权因子可以是W和5W/4。最后，从表1中所示的矩阵确定软开关因子K。

表1

VD	2	2	6	8
	1	1	4	6
	0	0	1	2
	0	0	1	2
	Vm

最左边的值VD是垂直细节等级，底下的值Vm是向量幅度等级。从表1中选择出的值然后被8除，以形成各个K因子。

图2中的垂直细节(VD)或峰化信号是与图1中类似地得到的。也就是说，三视频线的低通滤波形式是根据下面的函数合并的：

VD=abs(M-(T+B)/2)

其中，T、M和B对应于来自视频信号的顶线、中间线和底线(第一、第二和第三线)的视频信号的低通分量。低通滤波器的3dB频率大约1MHz左右。

色度向量是由通过窄带带通滤波器BPF-N从第一、第二和第三视频信号线导出的信号计算出的。BPF-N滤波器的频谱中心在色度副载波频率上，3dB点在距离副载波频率大约±0.7MHz左右。

图2中的例示性电路是在HDTV接收机的模拟NTSC接口中实现的。在这种环境下，使用18MHz的采样时钟是很方便的。分歧是连续的色度样本不表示正交分量。因此，色度向量的幅度不能通过平方和的平方根算法来产生。因此提出了一种用于确定色度向量的近似幅度的方法和电路。在数学上，将用于近似向量幅度的发明过程描述为：

Vm=a₀s₀+a₁s₁+a₂s₂+a₃s₃+a_ns_n+C*MAX(s_i)+D*MIN(s_i)

其中，s_i是连续信号样本的绝对值，a_i、C和D是加权系数，MAX(s_i)和MIN(s_i)是n个样本值的绝对值的最大值和最小值。数n和系数值与表示向量的信号频率与样本频率的比有关。非常接近地近似由以18MHz采样的信号表示的NTSC色度向量的幅度的函数Vm表示为：

Vm=s₀+s₁+s₂+3MAX(s_i)

在这个例子中，连续样本的个数n是三，所有系数a_i都为值1，系数D为0。

图3显示了用于实时近似这个向量的电路。将已经以18MHz采样的色度信号提供给装置30，装置30产生各个信号样本的绝对值。装置30例如可以用由各个样本的符号位控制的1的补码电路或2的补码电路来实现。将绝对值或各个样本加到一个包括级联连接的单样本延迟级31的抽头延迟线上。抽头在各个延迟线的互连连线上。在各个抽头的样本(由因子1有效加权)被加到加法器33上，加法器33形成和S(1+z^-1+z^-2)，等效于s₀+s₁+s₂，其中假设S是色度信号。

将来自各个抽头的样本绝对值加到一个最大值检测器27上，最大值检测器27确定具有最大绝对值的样本s₁。具有最大绝对值的样本在加权电路34中被加权。在这个例子中，加权因子是值3。将加权最大样本值3Max(s₁)以及和S(1+z^-1+z^-2)加到一个加法电路35，得到连续样本Vm=S(1+z^-1+z^-2)+3Max(s₁)。在这个例子中，系数未被规格化，因此将加法器35的输出提供给一个定标器36，对输出值进行规格化。这个例子的一个例示性规格化因子可以是7/32。

图3的装置是依据本发明的向量幅度检测器的简化形式。它产生精度大于90％的向量幅度值。图4显示了向量幅度算法的完全实施形式。在这个实施例中，可以在结果中实现更高的精度。在图4中，用相同的标号表示与图3中相同的部件。

与在图3中一样，将来自部件30的绝对值加到一个包括级联连接的单样本延迟级31的抽头延迟线。抽头是在各个延迟线的互连连接处被接通的。将来自各个抽头的样本加到各个加权电路32上，各个系数a_i也加到各个加权电路32上。系数可以被硬布线到系数输入连接，或者可以通过一个12C总线提供。将来自各个加权电路的加权样本提供给加法器33，形成和S(a₀+a₁z^-1+a₂z^-2+a_nz^-n)。

来自各个抽头的样本绝对值还加到分别确定样本绝对值s_i的最大值和最小值的最大值检测器37和最小值检测器38。具有最大绝对值的样本在加权电路34中加权。具有最小绝对值的样本在加权电路39中加权。将加权的最大样本值C*MAX(s₁)、加权的最小样本值D*MIN(s₁)以及和S(a₀+a₁z-2+a_ns_n)加到求和电路35，得到连续向量幅度Vm=a₀s₀+a₁s₁+a₂s₂+a_ns_n+C*MAX(s_i)+D*MIN(s_i)。求和电路35的输出值可以加到一个与定标器电路36相似的定标器电路。然而，如果系数被规格化，则不需要定标器36。

分别将规格化的系数a₀、a₁、a₂、C和D选择为0.33、0.56、0.336、0.28和-0.189，并使所有其他系数为0，则向量幅度为

Vm=0.33s₀+0.56s₁+0.336s₂+0.28MAX(s_i)-0189MIN(s_i)

采用这些系数，使得对于18MHz的样本，色度信号向量幅度在1.5％p-p误差范围内。

或者，分别将非规格化的系数a₀、a₁、a₂、C和D选择为4、7、4、4和-2，并将定标器36中的定标因子选择为5/64，则对于18MHz样本，色度信号向量幅度在2.0％p-p误差范围内。注意，虽然后一个例子的误差稍微大一些，但电路则简单得多，因为大多数加权电路可以用移位器来实现。

当表示向量的信号的频率与样本频率的比变大时，在计算中应该使用更少的样本，因为当样本要表示一个信号周期的较大部分时信号会变得有拖影。相反，当该比值变小时，在计算中可以使用更多的样本，虽然这可能并不需要。例如，再考虑一个色度向量，但可以是以27MHz采样的信号表示的，根据下列关系

Vm=19/128(3s₀+s₁+3s₂+3MAX(s_i)-2MIN(s_i))的三样本实施例产生在2％p-p误差内的向量幅度。

图5显示了具有用于产生软开关控制信号的色度向量近似电路的自适应梳状滤波器。在图5中，使得三个视频信号线同时可用于单H延迟线40和41。将当前的视频信号分别加到带通滤波器24、43和44上。带通滤波器具有中心在色度副载波的大约为1.4MHz的3dB带宽。带通信号与各个向量幅度近似电路45、46和47相连。将来自视频信号的顶线和底线的近似向量幅度在加法器48中求和。将这个和在部件49中除以2，以产生这两个幅度的平均值。将该平均幅度加到一个定标电路51。将定标因子值加到定标电路的乘数输入端61。系统控制器通过12C总线可以提供这个定标因子，或者该定标电路可以是个固定值。定标电路的输出是第一阈值TH1。将阈值TH1加到比较器52的第一输入端。将来自中间视频信号线的近似向量幅度加到比较器52的第二输入端。比较器2例如提供三个输出状态0、2和1，分别用于表示中间线的向量小于第一阈值TH1、大于第一阈值TH1的△倍以及在上述值之间。将比较器2的输出信号加到一个选通电路53。

将来自中间视频线的向量幅度也加到比较器50。将第二阈值TH2加到比较器50的第二输入端。阈值TH2可以通过12C总线从系统控制器(未显示)提供，或者它可以是一个硬连线值。阈值TH2表示色度信号的最小值，表明色度信号在中间线上存在还是不存在。TH2的典型值在20IRE左右。在比较器50将中间线的向量与阈值TH2进行比较，比较器50的输出与选通电路53的控制输入端相连。如果中间线的向量小于或大于阈值TH2，则由比较器52提供的状态值分别被选通电路53禁止和通过。

由选通电路53提供的值可以直接用作软开关控制值K。或者，这些值可以加到一个加法器57，在这里与一个偏移值相加。偏移值例如可以通过12C总线从系统控制器提供。加上偏移值是因为向量状态值只表明该向量是三个幅度范围中的一个，而不表示实际范围。将加上偏移值的向量典型值提供给定标电路59，以便将该值规格化为小于或等于值1的值。从定标电路59输出的值是K值的另一种形式。

在形成软开关控制信号K中使用垂直细节或峰化信号是非常有利的。这是通过将垂直细节或峰化信号加到一个绝对值电路上来实现的，这个绝对值电路提供垂直细节的绝对值或峰化信号。将这些绝对值加到比较器55的第一输入端。将第三阈值TH3加到比较器55的第二输入端。比较器55根据垂直细节或峰化信号相对于值TH3的值产生多个状态。例如，比较器55可以输出状态0、2和1，用于分别表示垂直细节或峰化信号的幅度小于TH3、大于TH3β倍以及在TH3和βTH3之间。β的一个例示值是5/4。阈值TH3可以由一个系统控制器通过12C总线提供，并且是可变的，以允许用户调节启动峰化的电平。

将由比较器55提供的状态值与由选通电路53提供的状态值进行合并。将合并的状态值加到一个部件56上，部件56可以是ROM或PLA编程的，以提供如表1所示值的值。这些输出值是例示性的。可以实现或多或少的输出值，这取决于需要何种精度的软开关的微调控制。将部件56的输出值提供到前面描述的关于从选通电路53直接输出信号的加法器57。

这里已经在自适应视频信号梳状滤波器的环境下描述了向量近似装置。信号处理领域的普通技术人员应该理解，该装置也可以用在执行求积调制信号的均衡或这种信号的载波恢复的装置中。该装置还可以用于检测求积调制信号，其中向量幅度电路用作一个包络检测器。

Claims (13)

1．一种用于近似由采样信号表示的向量的幅度的方法，其特征在于包括：

提供一个采样信号；

产生各个样本的绝对值；

同时提供多个连续样本绝对值；

合并所述多个样本绝对值以形成第一和；

确定所述多个样本绝对值的最大值；

对所述样本绝对值的最大值进行加权；以及

合并所述第一和以及所述加权最大值，以形成向量的所述近似幅度。

2．如权利要求1所述的方法，其特征还在于包括，在合并步骤之前对各个所述多个样本绝对值进行加权。

3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个样本绝对值是三个，所述最大值用因子三进行加权。

4．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向量幅度由一个包括项∑(a_iS_i)+C*MAZ(S_i)的函数定义，其中，S_i是样本绝对值，C是常数加权因子，a_i是各个加权系数。

5．如权利要求1所述的方法，其特征还在于包括：

确定所述多个样本绝对值的最小值；

对所述最小值进行加权；以及

合并所述加权最小值、所述第一和以及所述加权最大值，以形成向量的所述近似幅度。

6．用于计算由采样信号表示的向量的幅度的近似值的装置，其特征在于包括：

一个采样信号源；

与所述信号源相连的绝对值(30)电路；

与所述绝对值电路相连的抽头延迟线(31)，用于同时提供多个样本；

与所述抽头延迟线的各个抽头相连的合并电路(33)；

与所述抽头延迟线相连的最大值检测器(37)，用于选择由所述抽头提供的样本的最大绝对值；

与所述合并电路和所述最大值检测器相连的第二合并电路(35)，用于提供样本绝对值和最大绝对值的和。

7．如权利要求6所述的装置，其特征还在于包括连接在所述第二合并电路和所述最大值检测器之间的加权电路。

8．如权利要求7所述的装置，其特征还在于包括连接在各个抽头和所述合并电路之间的各个加权电路。

9．如权利要求6所述的装置，其特征在于，采样信号是视频信号的色度分量，所述装置还包括：

包含一个软开关的梳状滤波器，用于对所述视频信号进行梳状滤波；控制信号发生电路，连接在所述第二合并电路和所述软开关的一个控制输入连接之间。

10．如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制信号发生电路包括：

第二和第三向量近似电路，用于近似在包含所述多个样本的视频信号线之前和之后出现的视频信号线中的向量；

平均器，用于对来自所述第二和第三向量近似电路的向量近似值进行平均；

与所述第二合并电路和所述平均器相连的比较器；以及

将所述比较器的输出连到所述控制输入连接的装置。

11．如权利要求10所述的装置，其特征在于所述比较器提供多个输出值，各个值表示在所述近似向量幅度值与所述平均值之间的差值。

12．如权利要求6所述的装置，其特征还在于包括：

与所述各个抽头相连的最小值选择器，用于选择由所述抽头提供的最小绝对值；

与所述最小值选择器相连的加权电路，用于提供加权的最小绝对值；以及

其中，所述加权的最小绝对值与所述第二合并电路相连。

13．一种对视频信号进行梳状滤波的方法，其特征在于：

提供一个包括色度和亮度分量的视频信号；

自适应地合并来自三个连续视频线的样本，以提供一个梳状滤波色度分量；

提供带通滤波视频信号；

响应于一个控制信号，合并梳状滤波色度分量和带通滤波视频信号，以提供又一个信号；

相减地合并所述又一个信号和所述视频信号，以提供一个梳状滤波亮度分量；以及，其中所述控制信号是通过如下步骤产生的：

从所述视频信号形成一个垂直峰化信号；

计算所述三个连续视频线的至少中间一个的色度分量的向量幅度；以及

产生与所述向量幅度和所述垂直峰化信号的幅度值有关的控制值。

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