CN1805554B - 多方向时空亮/色度分离的数字视频信号处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于在多个方向上的自适应时空Y/C分离的视频信号处理装置和方法。在所述视频信号处理装置中，当使用时空滤波器按照图像的时空局部特性而垂直/水平地固定时，自适应三维带通滤波器(3D BPF)使用局部梳状滤波/一维带通滤波而进行Y/C分离。当边缘方向没有水平/垂直地固定时，三维带通滤波器在所有方向上进行二维带通滤波。因此，三维带通滤波器可以按照图像的时空局部特性来连续地执行梳状滤波、一维带通滤波和二维带通滤波。

Description

多方向时空亮/色度分离的数字视频信号处理装置和方法

技术领域

本发明涉及一种数字视频信号处理装置。具体而言，本发明涉及用于在NTSC/PAL(国家电视制式委员会/逐行倒相制式)系统中多个方向上的基于场/帧的时间和空间Y/C分离的数字视频信号处理装置和方法。

背景技术

NTSC/PAL广播系统的显示器包括用于处理CVBS(复合视频消隐同步)信号的器件，所述CVBS信号是Y(亮度)信号和C(色度)信号的复合信号。使用副载波频率fsc来正交调幅调制所述C信号。因此，C信号的特性通过其频率和相位而被确定。在接收级的数字视频信号处理装置参照C信号的特性而分离Y和C信号，并且根据所分离的信号而显示图像。

图1图解了传统视频信号处理装置100的方框图。参见图1，视频信号处理装置100包括梳状滤波器110、一维带通滤波器(1D-BPF)120、权重确定单元130、组合器140和减法器150。梳状滤波器110在垂直方向上一维带通滤波输入的视频信号。1D-BPF 120在水平方向上一维带通滤波输入的视频信号。权重确定单元130参照垂直/水平相关度和C信号的相位来确定梳状滤波器110的输出和1D-BPF 120的输出的权重。组合器140使用所述权重来组合梳状滤波器110和1D-BPF 120的输出信号以产生C信号。减法器150从输入的CVBS信号减去C信号以产生Y信号。

图2图解了另一种传统视频信号处理装置200的方框图。参见图2，视频信号处理装置200包括2D-BPF 210、减法器220和后置处理器230。2D-BPF210执行二维卷积以提取被调制的C信号。所提取的C信号和由减法器220产生的Y信号被后置处理器230处理。当2D-BPF 210错误地执行Y/C分离时，后置处理器230补偿Y/C信号以产生补偿的Y/C信号。

在传统的Y/C分离技术中，当所检测的图像的边缘具有高垂直相关度时，根据梳状滤波来进行Y/C分离，并且当所检测的图像的边缘具有高水平相关度时，根据一维带通滤波来进行Y/C分离。如上所述，当按照传统的Y/C分离技术来选择这些滤波方法之一时，系统性能主要依赖于用于边缘检测的阈值。即，当由于不准确的边缘检测而错误地选择滤波方法时，会错误或不稳定地进行Y/C分离。不选择滤波方法之一而是组合滤波操作的结果的传统技术可以在一定程度上解决这个问题。但是，这些技术基于水平或垂直一维滤波，因此，可能由于不定的边缘方向而导致在所产生的信号中剩余人为失真(artifact)。

换句话说，在其中图像的边缘延伸的方向不一致(uniform)的情况下，当通过分立地选择的梳状或一维带通滤波而错误地执行了Y/C分离时，会在所显示的图像上显现交叉亮度和串色，所述交叉亮度发生在当所分离的Y信号中存在C分量时，并导致点状人为失真，串色发生在当在所分离的C信号中存在Y分量时，并导致彩虹模式人为失真。

为了改善空间滤波，传统的视频信号处理装置使用时空滤波。在这种情况下，当处理当前像素时，考虑前一场的像素数据和下一个场的像素数据与当前像素的相关度或前一帧的像素数据和下一个帧的像素数据与当前像素的相关度。所述时空滤波方法需要存储器，用于存储前一个和下一个场或帧的像素数据。虽然时空滤波器比空间滤波器更昂贵，但是当需要具有高画面质量的图像时经常使用时空滤波技术。

但是，当在相关度测量中有错误时，响应于CVBS信号的帧间/帧内的相关度而分立地选择空间滤波器和时空滤波器的传统Y/C分离技术产生诸如交叉亮度和串色之类的人为失真。另外，传统技术具有二维空间Y/C分离上的限制。

发明内容

因此，本发明涉及一种数字视频信号处理装置和方法，它们充分地克服了由于现有技术的限制和缺陷而导致的一个或多个问题。

本发明的一个实施例的一个特征是提供一种用于NTSC和PAL系统的数字视频信号处理装置。

本发明的一个实施例的一个特征是按照输入视频信号的时间和空间特性而自适应和连续地在多个方向上进行基于场/帧的Y/C分离。

本发明的一个实施例的另一个特征是使用具有适合于输入视频信号的Y/C分离的频谱特性的时空滤波器。

本发明的上述和其他特征和优点的至少一个可以通过提供一种视频信号处理方法来实现，该方法包括：使用对应于输入视频信号的多个场的数字数据而产生多个平面系数和组合系数；将由平面系数组成的滤波掩码与输入视频信号的对应数据窗口卷积，以产生第一色度信号C₁、第二色度信号C₂和第三色度信号C₃；并且使用组合系数来组合所述第一、第二和第三色度信号C₁-C₃，以产生输入视频信号的C信号。

可以从输入视频信号减去C信号以获得输入视频信号的Y信号。

所述卷积可以包括：按照输入视频信号的时空局部特性以连续的方式自适应地产生滤波掩码。

所述卷积可以当输入视频信号的局部特性指示高垂直相关度时包括局部垂直梳状滤波，当输入视频信号的局部特性指示高水平相关度时包括局部水平带通滤波，并且当输入视频信号的局部特性相对于至少5个场数据而指示在水平和垂直方向上的高或低相关度时包括二维带通滤波。

所述卷积可以包括：将由第一平面系数的组合构成的第一滤波掩码与第一数据窗口卷积以产生第一色度信号C₁，将由第二平面系数的组合构成的第二滤波掩码与第二数据窗口卷积以产生第二色度信号C₂，将由第三平面系数的组合构成的第三滤波掩码与第三数据窗口卷积以产生第三色度信号C₃。

第一数据窗口可以包括当前场的至少三个水平扫描线的数字数据。第二数据窗口可以包括前一场、当前场和下一个场中的每个的水平扫描线的数字数据。第三数据窗口可以包括在当前场之前两个场的场、当前场和在当前场之后两个场的场中的每个的水平扫描线的数字数据。第一、第二和第三数据窗口中的每个由具有公共相位的数字数据组成。

第一平面系数、第二平面系数和第三平面系数中的每个可以包括：与和中心像素的垂直和向上相关度成正比的第一系数；与和中心像素的垂直和向下相关度成正比的第二系数；与和中心像素的水平和向左相关度成正比的第三系数；与和中心像素的水平和向右相关度成正比的第四系数。

每个组合系数的值与在对应的数据窗口中的相对垂直变化成反比。所述视频信号处理方法可以被应用到NTSC或PAL系统。

本发明的上述和其他特征和优点的至少一个可以通过提供一种视频信号处理装置来实现，该装置包括：权重确定单元，用于使用对应于输入视频信号的多个场的数字数据而产生多个平面系数和组合系数；滤波器，用于将由平面系数组成的滤波掩码与输入视频信号的对应数据窗口卷积，以产生第一色度信号C₁、第二色度信号C₂和第三色度信号C₃；以及，组合器，用于使用组合系数来组合所述第一、第二和第三色度信号C₁-C₃，以产生输入视频信号的C信号。

附图说明

通过参照附图而详细说明本发明的例证实施例，本发明的上述和其他特点和优点对于本领域内的普通技术人员将会变得更加清楚，其中：

图1图解了一种传统视频信号处理装置的方框图；

图2图解了另一种传统视频信号处理装置的方框图；

图3图解了按照本发明的一个实施例的视频信号处理装置的方框图；

图4图解了NTSC系统的色度信号相位；

图5图解了PAL系统的色度信号相位；

图6图解了NTSC系统的时空色度信号相位；

图7图解了PAL系统的时空色度信号相位；

图8图解了用于说明NTSC系统的水平/垂直滤波系数的图；

图9图解了用于说明NTSC系统的水平/垂直滤波系数的图；

图10图解了用于说明NTSC系统的水平/垂直滤波系数的图；

图11图解了用于说明PAL系统的水平/垂直滤波系数的图；

图12图解了用于说明PAL系统的水平/垂直滤波系数的图；

图13图解了用于说明PAL系统的水平/垂直滤波系数的图；

图14图解了要与滤波系数卷积的公共相位数据窗口；

图15图解了像素中的垂直变化；

图16图解了像素中的水平变化；

图17图解了在图3中图解的视频信号处理装置的三维带通滤波器的方框图。

具体实施方式

题目为“Digital Video Signal Processing Apparatus and Method for AdaptiveTemporal and Spatial Y/C Separation in Multiple Directions(用于在多个方向上的自适应时空Y/C分离的视频信号处理装置和方法)”的、2005年1月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2005-0003179号通过引用被整体并入在此。

现在参照附图来更全面地说明本发明，在附图中示出了本发明的例证实施例。但是，本发明可以以许多不同形式而被体现，并且不应当被理解为限于在此给出的实施例；而是，这些实施例被提供用来使得这个公开将是彻底和完整的，并且将全面地向本领域内的普通技术人员传送本发明的思想。在全部附图中，相同的附图标号表示相同的元件。

图3图解了按照本发明的一个实施例的视频信号处理装置300的方框图。参见图3，视频信号处理装置300包括存储器310、权重确定单元320、三维带通滤波器330、组合器340和减法器350。视频信号处理装置300可以用于NTSC系统和PAL系统。视频信号处理装置300接收作为输入视频信号的数字CVBS信号，并且将输入视频信号分离为Y信号和C信号。输入视频信号可以是通过以预定频率来采样模拟CVBS信号的有效视频区域而获得的数字信号，所述预定频率诸如4f_SC，其中，f_SC是副载波频率。

NTSC系统的输入视频信号CVBS(t)可以如下表示。

[等式1]

CVBS(t)＝Y+U*sin2πf_SCt+V*cos2πf_SCt，

其中，U和V是C分量，f_SC是副载波频率，t是时间。因此，在NTSC系统中，以4f_SC采样的像素信号具有如图4所示的色度信号相位。即，对于每条水平线以Y+U、Y+V、Y-U、Y-V、...的形式来重复像素信号。图4仅仅图解了色度信号分量的相位。在NTSC系统中，色度信号相位在相邻的水平扫描线中移位180度，如图4所示。

可以如图6中所示而时空地表示NTSC系统的输入视频信号CVBS(t)。参见图6，在(i，j，t)处的当前处理的中心像素的C分量的相位可以具有特定的相位，例如+U。在自中心像素的第一对角方向上时空布置的像素信号、即下一个场的(i-1，j，t+1)处的像素和前一场的(i，j，t-1)处的像素与中心像素具有相同的相位。在自中心像素的第二对角方向上时空布置的像素信号、即下一个场的(i，j，t+1)处的像素和前一场的(i-1，j，t-1)处的像素具有与在(i，j，t)处的中心像素的C分量的相位相反的相位，例如-U。在NTSC系统中，每个帧由两个场组成，即奇数场和偶数场。

PAL系统的输入视频信号CVBS(t)可以如下表示。

[等式2]

CVBS(t)＝Y+U*sin2πf_SCt±V*cos2πf_SCt，

其中，U和V是C分量，f_SC是副载波频率，t是时间。在等式2中，V分量的符号对于每个场在正和负之间交替。因此，在PAL系统中的像素信号具有如图5所示的色度信号相位。即，在每条水平线中以Y+U、Y+V、Y-U、Y-V、...或Y+U、Y-V、Y-U、Y+V、...的形式来重复像素信号，并且，所述色度信号相位每隔一条水平扫描线移位180度。

可以如图7所示时空表示PAL系统的输入视频信号CVBS(t)。参见图7，在(i，j，t)处的当前处理的中心像素的C信号分量的相位可以具有特定的相位，例如+U。在自当前像素的对角方向上时空布置的像素信号、即下一个场的(i-1，j，t+1)处的像素和前一场的(i，j，t-1)处的像素具有与当前场的(i，j，t)处的当前像素的相位相反的相位。在中心像素后一个帧(两个场)的(i+1，j，t+2)处的像素和在中心像素之前一个帧(两个场)的(i，j，t-2)处的像素也具有与当前场的(i，j，t)处的当前像素的相位相反的相位。从中心像素垂直布置的像素、即在同一场的(i-2，j，t)和(i+2，j，t)的像素也与具有当前场的(i，j，t)处的当前像素的相位相反的相位。

由视频信号处理装置300分离的Y和C信号(U和V信号)可以被转换为外部电路所需要的格式，然后被存储或发送到显示器。例如，可以使用三个彩色信号——例如红色、绿色和蓝色信号——来内插所述Y和C信号，以显示在液晶显示器(LCD)上。

按照本发明的一个实施例的视频信号处理装置300自适应地响应于输入视频信号CVBS的时空局部特性而操作，而不是分立地执行时空梳状滤波或一维带通滤波。为此，存储器310存储对应于输入视频信号的多个场的数字场数据。存储器310包括多个帧存储器312和313，每个帧存储器存储对应于一个帧的数据。虽然图3仅仅示出了两个帧存储器312和313，但是如果需要用于滤波，则可以向数字视频信号处理装置300增加更多的帧存储器。

在存储器310中存储的对应于多个场的场数据和当前输入的视频数据被输出到权重确定单元320。权重确定单元320使用场数据而产生平面系数Wu、Wd、Wl和Wr以及组合系数Wv、Wtv和Wt，它们将用于在三维带通滤波器330中的滤波。当网络参数控制(NPC)信号具有逻辑高电平时，可以对于具有如图4所示的色度信号相位的NTSC系统产生平面系数Wu、Wd、Wl和Wr以及组合系数Wv、Wtv和Wt。当控制信号NPC具有逻辑低电平时，可以对于具有如图5所示的色度信号相位的PAL系统产生平面系数Wu、Wd、Wl和Wr以及组合系数Wv、Wtv和Wt。虽然对于NTSC和PAL系统都产生了平面系数Wu、Wd、Wl和Wr以及组合系数Wv、Wtv和Wt，但用于产生NTSC系统的系数的数据与用于产生PAL系统的系数的数据不同。

在操作中，三维带通滤波器330使用平面系数Wu、Wd、Wl和Wr以及组合系数Wv、Wtv和Wt而产生第一C信号C_v(i，j)、第二C信号C_tv(i，j)、第三C信号C_t(i，j)。三维带通滤波器330使用包括多个场的数据窗口BEFRM(在帧前)、BEFID(在场前)、PRFID(当前场)、AFFID(在场后)和AFFRM(在帧后)，将响应于NPC信号而将它们与滤波掩码卷积。

组合器340使用组合系数Wv、Wtv和Wt来组合第一、第二和第三C信号C_v(i，j)、C_tv(i，j)、C_t(i，j)，以产生输入视频信号的C信号。减法器350从当前的复合信号CVBS(t)中减去从组合器340输出的、当前处理的像素的C信号(U或V信号)，以获得Y信号。例如，当从当前像素Y+U的视频信号减去作为C信号而输出的U信号时，获得Y信号。

三维带通滤波器330响应于输入视频信号的时空局部特性而连续和自适应地执行局部垂直梳状滤波、水平带通滤波和二维带通滤波。即，三维带通滤波器330可以使用滤波掩码来进行滤波，以按照当前局部特性而与至少5个场的场数据项进行卷积。三维带通滤波器330在要滤波的中心像素的局部特性指示高垂直相关度时执行局部垂直梳状滤波，并且在所述局部特性指示高水平相关度时执行局部水平带通滤波。当输入视频信号的局部特性指示在垂直和水平方向上的高或低相关度时，三维带通滤波器330可以进行二维带通滤波。三维带通滤波器330可以使用由平面系数Wu、Wd、Wl和Wr的三个组合构成的滤波掩码，即多个系数掩模。

所述滤波掩码可以包括第一系数掩模h_v(i，j)、第二系数掩模h_tv(i，j)和第三系数掩模h_t(i，j)。可以分别使用三组平面系数Wu、Wd、Wl和Wr来产生三个系数掩模h_v(i，j)、h_tv(i，j)和h_t(i，j)。参照不同数据而产生三组平面系数Wu、Wd、Wl和Wr。

从三维带通滤波器330输出的第一、第二和第三C信号C_v(i，j)、C_tv(i，j)和C_t(i，j)可以被如下表示。

[等式3]

C_v(i，j)＝h_v(i，j)**CVBS_v(i，j)

C_tv(i，j)＝h_tv(i，j)**CVBS_tv(i，j)

C_t(i，j)＝h_t(i，j)**CVBS_t(i，j)

即，三维带通滤波器330可以将第一系数掩模h_v(i，j)与在存储器310中存储的场数据的对应数据窗口CVBS_v(i，j)二维卷积，以输出输入视频信号的第一C信号C_v(i，j)，将第二系数掩模h_tv(i，j)与在存储器310中存储的场数据的对应数据窗口CVBS_tv(i，j)二维卷积，以输出输入视频信号的第二C信号C_tv(i，j)，将第三系数掩模h_t(i，j)与在存储器310中存储的场数据的对应数据窗口CVBS_t(i，j)二维卷积，以输出第三C信号C_v(i，j)。

组合器340可以组合第一、第二和第三C信号C_v(i，j)、C_tv(i，j)和C_t(i，j)以输出输入视频信号的C信号。从减法器350输出的Y信号可以是如下所示通过从当前的复合信号中减去从组合器340输出的当前处理像素的C信号(U或V信号)而获得的值。

[等式4]

Y(i，j)＝CVBS(i，j)-C(i，j)

在NTSC和PAL模式中，可以通过如下的3×5矩阵而表示第一、第二和第三系数掩模h_v(i，j)、h_tv(i，j)和h_t(i，j)。

[等式5]

$h_v(i,j)/h_{\mathrm{tv}}(i,j)/h_t(i,j)=\left[\begin{array}{ccccc}\mathrm{Wu}\·\mathrm{Wl}& 0& 0.5\·\mathrm{Wu}& 0& \mathrm{Wu}\·\mathrm{Wr}\\ 0.5\·\mathrm{Wl}& 0& N& 0& 0.5\·\mathrm{Wr}\\ \mathrm{Wd}\·\mathrm{Wl}& 0& 0.5\·\mathrm{Wd}& 0& \mathrm{Wd}\·\mathrm{Wr}\end{array}\right]$

虽然NTSC和PAL系统使用不同的数据来用于卷积，但是由等式5表示的滤波掩码用于NTSC和PAL系统两者。

在等式5中，N可以是保证系数和N的绝对值的和是1的归一化值。由等式3表示的、用于通过三维带通滤波器330的卷积的数据窗口CVBS(i，j)可以是对应于等式5的3×5矩阵的数据。具体上，对应于在等式5中的非零元素的像素数据可以用于等式3的卷积。

在NTSC系统中，由等式5的矩阵表示的第一系数掩模h_v(i，j)可以被应用到包括图8中所示的像素数据810、820和830的数据窗口CVBS_v(i，j)。即，可以在水平和垂直方向上将第一系数掩模h_v(i，j)与数据窗口CVBS_v(i，j)卷积，如等式3所示。由图8的像素数据810、820和830构成的数据窗口CVBS_v(i，j)可以属于至少包括当前所处理场的三条水平扫描线数字数据窗口PRFID的数据平面。

而且，由等式5的矩阵表示的第二系数掩模h_tv(i，j)可以被应用到包括图9中所示的像素数据910、920和930的数据窗口CVBS_tv(i，j)。即，可以在水平、垂直和对角方向上将第二系数掩模h_tv(i，j)与数据窗口CVBS_tv(i，j)卷积，如等式3所示。由图9的像素数据910、920和930构成的数据窗口CVBS_tv(i，j)可以属于一个数据平面，所述数据平面至少包括前一场的一个水平扫描线数字数据窗口BEFID、当前场的一个水平扫描线数字数据窗口PRFID和下一个场的一个水平扫描线数字数据窗口AFFID。

另外，由等式5的矩阵表示的第三系数掩模h_t(i，j)可以被应用到包括图10中所示的像素数据1010、1020和1030的数据窗口CVBS_t(i，j)。换句话说，可以在水平和时间方向上将第三系数掩模h_t(i，j)与数据窗口CVBS_t(i，j)卷积，如等式3所示。由图10的像素数据1010、1020和1030构成的数据窗口CVBS_t(i，j)可以属于一个数据平面，所述数据平面至少包括两个场(一个帧)前的场的一个水平扫描线数字数据窗口BEFRM、当前场的一个水平扫描线数字数据窗口PRFID和两个场(一个帧)后的场的一个水平扫描线数字数据窗口AFFRM。

在分别与第一、第二和第三系数掩模h_v(i，j)、h_tv(i，j)和h_t(i，j)卷积的图8、9和10中图解的数据窗口中，在每条线中对应的线数据可以具有公共的相位关系，如图14中所示。因此，由等式5的矩阵表示的系数掩模h_v(i，j)、h_tv(i，j)和h_t(i，j)具有包括相同的平面系数Wu、Wd、Wl和Wr的相同形式。但是，用于计算平面系数Wu、Wd、Wl和Wr以获得系数掩模的元素的像素数据位于不同的数据平面，如图8、9和10所示。

在对应于等式5中的非零元素的像素数据、即图14中所示的公共相位数据窗口中，将具有与中心像素1410的相位相反相位的C分量的垂直和水平数据1420、1430、1440和1450以及具有与中心像素1410的相位相同相位的C分量的对角数据1460、1470、1480和1490用于等式3的卷积。

在PAL系统中，可以与在NTSC系统中一样，使用第一系数掩模h_v(i，j)、第二系数掩模h_tv(i，j)和第三系数掩模h_t(i，j)来执行等式3的卷积。在PAL系统中，由等式5的矩阵表示的第一系数掩模h_v(i，j)可以被应用到包括图11中所示的像素数据1110、1120和1130的数据窗口CVBS_v(i，j)。即，可以在水平和垂直方向上将第一系数掩模h_v(i，j)与数据窗口CVBS_v(i，j)卷积，如等式3所示。由图11的像素数据1110、1120和1130构成的数据窗口CVBS_v(i，j)可以属于至少包括当前所处理场的三条水平扫描线数字数据窗口PRFID的数据平面。

而且，由等式5的矩阵表示的第二系数掩模h_tv(i，j)可以被应用到包括图12中所示的像素数据1210、1220和1230的数据窗口CVBS_tv(i，j)。即，可以在水平、垂直和对角方向上将第二系数掩模h_tv(i，j)与数据窗口CVBS_tv(i，j)卷积，如等式3所示。由图12的像素数据1210、1220和1230构成的数据窗口CVBS_tv(i，j)可以属于一个数据平面，所述数据平面至少包括前一场的一个水平扫描线数字数据窗口BEFID、当前场的一个水平扫描线数字数据窗口PRFID和下一个场的一个水平扫描线数字数据窗口AFFID。

另外，由等式5的矩阵表示的第三系数掩模h_t(i，j)可以被应用到包括图13中所示的像素数据1310、1320和1330的数据窗口CVBS_t(i，j)。即，可以在水平和时间方向上将第三系数掩模h_t(i，j)与数据窗口CVBS_t(i，j)卷积，如等式3所示。由图13的像素数据1310、1320和1330构成的数据窗口CVBS_t(i，j)可以属于一个数据平面，所述数据平面至少包括两个场(一个帧)前的一个场的一个水平扫描线数字数据窗口BEFRM、当前场的一个水平扫描线数字数据窗口PRFID和两个场(一个帧)后的场的一个水平扫描线数字数据窗口AFFRM。

在分别与第一、第二和第三系数掩模h_v(i，j)、h_tv(i，j)和h_t(i，j)卷积的图11、12和13中图解的数据窗口中，每条线中对应的多个线数据具有公共的相位关系，如图14中所示。因此，由等式5的矩阵表示的系数掩模h_v(i，j)、h_tv(i，j)和h_t(i，j)具有包括相同的平面系数Wu、Wd、Wl和Wr的相同形式。但是，用于计算平面系数Wu、Wd、Wl和Wr以获得系数掩模的元素的像素数据位于不同的数据平面，如图11、12和13所示。

在对应于等式5中的非零元素的像素数据、即图14中所示的公共相位数据窗口中，将具有与中心像素1410的相位相反相位的C分量的垂直和水平数据1420、1430、1440和1450以及具有与中心像素1410的相位相同相位的C分量的对角数据项1460、1470、1480和1490用于等式3的卷积。

在等式5中的权重Wu、Wd、Wl和Wr分别被应用到具有与中心像素1410的相位相反相位的像素1420、1430、1440和1450，并且按照图像的局部特性而具有在-0.5和0之间并且包括-0.5和0的值。分别向与中心像素1410具有相同相位的对角像素1460、1470、1480和1490应用权重WuWl、WdWl、WuWr和WdWr，因此，权重WuWl、WdWl、WuWr和WdWr按照图像的局部特性而具有在0和0.25之间并且包括0和0.25的值。

确定在等式5中使用的平面系数Wu、Wd、Wl和Wr以使它们满足等式6。

[等式6]

$\left|\mathrm{Wu}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARv}}$ (或VARh)和 $\left|\mathrm{Wu}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARu}}$ (或VARd) $\left|\mathrm{Wd}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARv}}$ (或VARh)和 $\left|\mathrm{Wd}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARd}}$ (或VARu) $\left|\mathrm{Wl}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARh}}$ (或VARv)和 $\left|\mathrm{Wl}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARl}}$ (或VARr) $\left|\mathrm{Wr}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARh}}$ (或VARv)和 $\left|\mathrm{Wr}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARr}}$ (或VARl)

其中，VARv是在输入视频信号中的垂直变化，VARh是输入视频信号中的水平变化，VARu是在输入视频信号中的向上变化，VARd是向下的变化，VARl是向左的变化，VARr是向右的变化。

在本发明的一个实施例中，如下给出等式6。

[等式7]

$\mathrm{Wu}=-0.5\×\frac{\mathrm{Difh}}{\mathrm{Difh}+\mathrm{Difv}}\×\frac{\mathrm{Difd}}{\mathrm{Difu}+\mathrm{Difd}}$

$\mathrm{Wd}=-0.5\×\frac{\mathrm{Difh}}{\mathrm{Difh}+\mathrm{Difv}}\×\frac{\mathrm{Difu}}{\mathrm{Difu}+\mathrm{Difd}}$

$\mathrm{Wl}=-0.5\×\frac{\mathrm{Difv}}{\mathrm{Difh}+\mathrm{Difv}}\×\frac{\mathrm{Difr}}{\mathrm{Difr}+\mathrm{Difl}}$

$\mathrm{Wr}=-0.5\×\frac{\mathrm{Difv}}{\mathrm{Difh}+\mathrm{Difv}}\×\frac{\mathrm{Difl}}{\mathrm{Difr}+\mathrm{Difl}}$

在等式7中，Difv是垂直差的绝对值，Difh是水平差的绝对值，Difu是向上差的绝对值，Difd是向下差的绝对值，Difl是向左差的绝对值，Difr是向右差的绝对值。参见图15，例如，Difv＝du+dd+dv，Difu＝du和Difd＝dd。参见图16，Difh＝dl+dr+dh，Difl＝dl和Difr＝dr。在此，du是在图15所示的公共平面中的(i，j)处的像素数据和(i-2，j)处的像素数据之间的差的绝对值，dd是在图15所示的公共平面中的(i，j)处的像素数据和在(i+2，j)处的像素数据之间的差的绝对值，dv是在图15所示的公共平面中的(i-1，j)处的像素数据和(i+1，j)处的像素数据之间的差的绝对值，dl是在图16所示的公共平面中的(i，j)处的像素数据和(i，j-4)处的像素数据之间的差的绝对值，dr是在图16所示的公共平面中的在(i，j)处的像素数据和(i，j+4)处的像素数据之间的差的绝对值，dh是在图16所示的公共平面中的(i，j-2)处的像素数据和(i，j+2)处的像素数据之间的差的绝对值。

在等式7中，使用在具有相同相位的像素数据之间的差的绝对值。参照5个水平扫描线数据而计算绝对值。虽然图6-14示出了与系数掩模卷积的三个水平扫描线数据，但是在每个平面上在所需要的方向上更多的两个水平扫描线数据项可以用于等式7的计算。而且，可以使用具有相同相位的像素数据的各种组合来表示水平/垂直/向左/向右的变化。因此，Wu与和中心像素的垂直和向上相关度成正比，Wd与和中心像素的垂直和向下相关度成正比，Wl与和中心像素的水平和向左相关度成正比，Wr与和中心像素的水平和向右相关度成正比。

在NTSC和PAL系统中，三维带通滤波器330使用如上所述而确定的平面系数Wu、Wd、Wl和Wr通过等式3的卷积来进行滤波，以按照输入视频信号的局部特性以连续的方式而自适应地执行梳状滤波、一维带通滤波和二维带通滤波。例如，当边缘方向在图6-13的平面中是垂直固定时，即当输入视频信号的局部特性指示高垂直相关度时，Wr和Wl变小，并且|Wu|和|Wd|变大，因此对于在垂直方向上的像素1410、1420和1430(图14)执行梳状滤波。

当边缘方向在图6-13的平面中是水平固定时，即当输入视频信号的局部特性指示高水平相关度时，Wu和Wd变小，并且|Wl|和|Wr|变大，因此对于在水平方向上的像素1410、1440和1450(图14)执行一维带通滤波。另外，当输入视频信号的局部特性在垂直和水平方向上都指示高或低相关度时，所有的系数Wu、Wd、Wl和Wr变大，因此执行二维带通滤波。

图17是三维带通滤波器330的方框图。参见图17，三维带通滤波器330包括水平/垂直滤波器331、水平/垂直/时间滤波器332和水平/时间滤波器333。三维带通滤波器330响应于控制信号NPC而工作在NTSC模式或PAL模式中。

当控制信号NPC具有例如逻辑高电平时，三维带通滤波器330工作在NTSC模式中。在这种情况下，三维带通滤波器330可以使用图8、9和10中所示的平面的5个场的数据窗口PRFID、BEFID、AFFID、BEFRM和AFFRM。在NTSC系统中，PRFID对应于在图8中所示的平面中的当前场的三条水平扫描线的像素数据810、820和830，BEFID对应于在图9中所示的平面中的前一场的像素数据910，AFFID对应于在图9中所示的平面中的下一个场的像素数据930，BEFRM对应于在图10中所示的平面中的两个场(一个帧)之前的场的像素数据1010，AFFRM对应于在图10中所示的平面中的两个场(一个帧)之后的场的像素数据1030。图9和10的数据项920和1020对应于图8的数据820。

当控制信号NPC具有逻辑低电平时，三维带通滤波器工作在PAL模式中。在这种情况下，三维带通滤波器330可以使用图11、12和13中图解的平面的5个场的数据窗口PRFID、BEFID、AFFID、BEFRM和AFFRM。在PAL系统中，PRFID对应于在图11中所示的平面中的当前场的三条水平扫描线的像素数据1110、1120和1130，BEFID对应于在图12中所示的平面中的前一场的像素数据1210，AFFID对应于在图12中所示的平面中的下一个场的像素数据1230，BEFRM对应于在图13中所示的平面中两个场(一个帧)之前的场的像素数据1310，AFFRM对应于在图13中所示的平面中两个场(一个帧)之后的场的像素数据1330。图12和13的数据项1220和1320对应于图11的数据1120。

虽然下面的说明指的是NTSC系统，但是在括号中指示PAL系统的对应特征。在NTSC(PAL)系统中，水平/垂直滤波器331可以卷积第一系数掩模h_v(i，j)和在图8(图9)中图解的平面的对应数据窗口，以产生第一C信号C_v(i，j)。对应的数据窗口可以至少包括当前场的三个水平扫描线数字数据窗口PRFID。第一系数掩模h_v(i，j)可以由对应的平面系数Wu、Wd、Wl和Wr组成，可以参照在图8(图11)中图解的平面的数据810(1110)、820(1120)和830(1130)而使用等式7来计算所述对应的平面系数Wu、Wd、Wl和Wr。

水平/垂直/时间滤波器332可以卷积第二系数掩模h_tv(i，j)和在图9(图2)中图解的平面的对应数据窗口以产生第二C信号C_tv(i，j)。对应的数据窗口可以包括前一场的水平扫描线数字数据窗口BEFID、当前场的水平扫描线数字数据窗口PRFID和下一个场的水平扫描线数字数据窗口AFFID。第二系数掩模h_tv(i，j)可以由对应的平面系数Wu、Wd、Wl和Wr组成，如上所述，可以参照在图9(图12)中图解的平面的数据910(1210)、920(1220)和930(1230)而使用等式7来计算所述对应的平面系数Wu、Wd、Wl和Wr。

水平/时间滤波器333可以卷积第三系数掩模h_t(i，j)和在图10(图13)中图解的平面的对应数据窗口以产生第三C信号C_t(i，j)。对应的数据窗口可以包括两个场(一个帧)之前的场的水平扫描线数字数据窗口BEFRM、当前场的一个水平扫描线数字数据窗口PRFID和两个场(一个帧)之后的场的水平扫描线数字数据窗口AFFRM。第三系数掩模h_t(i，j)可以由对应的平面系数Wu、Wd、Wl和Wr组成，可以参照在图10(图13)中图解的平面的数据1010(1310)、1020(1320)和1030(1330)而使用等式7来计算所述对应的平面系数Wu、Wd、Wl和Wr。

组合器340(在图3中)组合由三维带通滤波器330产生的第一、第二和第三C信号C_v(i，j)、C_tv(i，j)和C_t(i，j)，以输出输入视频信号的C信号。组合器340可以使用组合系数Wv、Wtv和Wt来组合第一、第二和第三C信号C_v(i，j)、C_tv(i，j)和C_t(i，j)，如等式8所示。

[等式8]

C(i，j)＝W_v·C_v(i，j)+W_tv·C_tv(i，j)+W_t·C_t(i，j)

其中，Wv、Wtv和Wt是与在图8、9、10(或图11、12、13)中图示的平面中的垂直变化成反比的加权系数。即，Wv、Wtv和Wt可以是分别表示从三个平面获得的C信号C_v(i，j)、C_tv(i，j)和C_t(i，j)的可靠性的加权系数。当在对应的平面中的垂直变化小于在其他平面中的垂直变化时，所述适当的系数可以被设置为大值。换句话说，组合系数的值可以按照在其对应的数据窗口中的垂直变化相对于其他数据窗口的垂直变化的相对大小来确定。

例如，可以如下表示系数Wv、Wtv和Wt。

[等式9]

$\mathrm{Wv}=\frac{\mathrm{Dif}\left(\mathrm{tv}\right)\·\mathrm{Dif}\left(t\right)}{\mathrm{Dif}\left(v\right)+\mathrm{Dif}\left(\mathrm{tv}\right)+\mathrm{Dif}\left(t\right)}$

$\mathrm{Wtv}=\frac{\mathrm{Dif}\left(v\right)\·\mathrm{Dif}\left(t\right)}{\mathrm{Dif}\left(v\right)+\mathrm{Dif}\left(\mathrm{tv}\right)+\mathrm{Dif}\left(t\right)}$

$\mathrm{Wt}=\frac{\mathrm{Dif}\left(v\right)\·\mathrm{Dif}\left(\mathrm{tv}\right)}{\mathrm{Dif}\left(v\right)+\mathrm{Dif}\left(\mathrm{tv}\right)+\mathrm{Dif}\left(t\right)}$

在等式9中，Dif(v)、Dif(tv)和Dif(t)分别是在图8、9、10(或图11、12、13)中图示的平面中的垂直差，并且与等式7的Difv相同。具体上，在NTSC系统中，对于图8所示的平面，等式7的Difv与等式9的Dif(v)相同，对于图9所示的平面，等式7的Difv与等式9的Dif(tv)相同，对于图10所示的平面，等式7的Difv与等式9的Dif(t)相同。在PAL系统中，对于图11所示的平面，等式7的Difv与等式9的Dif(v)相同，对于图12所示的平面，等式7的Difv与等式9的Dif(tv)相同，对于图13所示的平面，等式7的Difv与等式9的Dif(t)相同。

如上所述，可以按照组合系数Wv、Wtv和Wt在时空域中具有最高相关度的期望方向上进行Y/C分离，因为当在对应的平面中的垂直变化小于在其他平面中的垂直变化时所述适当的系数较大。而且，可以仅仅使用与在各个平面中的当前所处理像素具有高相关度的像素数据来计算由滤波器331、332和333分别分离的第一到第三C信号C_v(i，j)、C_tv(i，j)和C_t(i，j)，因此可以最小化从最后分离的C信号产生的人为失真。

具体上，当图9和10(图12和13)中图示的平面中的垂直变化大于在图8(图11)中图示的平面中的垂直变化时，可以按照等式8和9而向第一C信号C_v(i，j)施加较大的权重。当图8和10(图11和13)中图示的平面中的垂直变化大于在图9(图12)中图示的平面中的垂直变化时，可以向第二C信号C_tv(i，j)施加较大的权重。当图8和9(图11和12)中图示的平面中的垂直变化大于在图10(图13)中图示的平面中的垂直变化时，可以向第三C信号C_t(i，j)施加较大的权重。

减法器350从当前所处理的信号CVBS(i，j)中减去从组合器340输出的C信号，以获得Y信号，如等式4所示。

如上所述，三维带通滤波器330按照输入视频信号的时空局部特性以连续的方式自适应地执行梳状滤波、一维带通滤波和二维带通滤波。例如，当边缘方向是垂直固定时，即当输入视频信号的局部特性指示高垂直相关度时，Wr和W1变小，并且|Wu|和|Wd|变大，因此，水平/垂直滤波器331、水平/垂直/时间滤波器332和水平/时间滤波器333对于垂直像素1410、1420和1430(图14)执行梳状滤波。当边缘方向是水平固定时，即当输入视频信号的局部特性指示高水平相关度时，Wu和Wd变小，并且|Wl|和|Wr|变大，因此，滤波器331、332和333对于水平像素1410、1440和1450(图14)执行梳状滤波。在一般的情况下，当输入视频信号的局部特性在垂直和水平方向上都指示高或低相关度时，所有的系数Wu、Wd、Wl和Wr被确定，以便执行二维或三维滤波。

即，本发明的三维带通滤波器330分离C信号，以便当在时空域的所有方向上相关度为高或低时，在滤波的时空频谱特性中清楚地提取在Y信号中包括的C信号的高频分量，由此降低人为失真。具体上，当在所有方向中的相关度高时，使用等式7的平面系数Wu、Wd、Wl和Wr来平均周围的像素稳定所述信号。当在所有方向中的相关度低时，可以清楚地分离C分量，最小化串色人为失真，并且可以清楚地提取Y信号的射频分量。

另一方面，当在特定方向上的相关度在时空上为高时，对应于所述方向的平面系数变大，但是对应于其他方向的平面系数变小。因此，对于在中心像素周围的像素执行梳状滤波或一维带通滤波以分离Y和C信号，由此最小化人为失真。

如上所述，在按照本发明的视频信号处理装置300中，当边缘部分使用时空滤波器的图像按照时空局部特性、在逐个场/逐个帧的基础上垂直/水平固定时，自适应三维带通滤波器330可以按照局部梳状滤波/一维带通滤波而进行Y/C分离。当边缘方向没有水平/垂直固定时，三维带通滤波器330可以在所有方向上进行二维带通滤波。三维带通滤波器可以按照图像的时空局部特性来连续地执行梳状滤波、一维带通滤波和二维带通滤波。

虽然在本发明的上述实施例中已经描述了三维带通滤波器330使用平面系数Wu、Wd、Wl和Wr、用三个滤波器来处理三个平面，并且组合器340施加从所述的三个组合系数Wv、Wtv和Wt得到的权重，但是三维带通滤波器可以被本领域内的技术人员容易地扩展为具有N个滤波器的器件，以用于处理N个平面。

按照本发明的视频信号处理装置按照在NTSC/PAL系统中的图像的时空局部特性以连续的方式在所有方向上执行局部梳状滤波/一维带通滤波或二维带通滤波。因此，本发明的视频信号处理装置可以比分立的选择滤波方法的传统装置更精确地检测图像的边缘，并且可以产生良好和稳定的频谱特性。因此，当将本发明的视频信号处理装置应用显示系统时可以降低或去除诸如交叉亮度和串色之类的人为失真，从而改善显示系统的显示质量。

在此已经公开了本发明的例证实施例，并且虽然使用了特定术语，但是仅仅以普通和说明性含义来使用和解释它们，而不是将它们用于限定目的。例如，虽然已经相对于硬件实现方式而说明了本发明的实施例，但是可以以软件来实现本发明的处理，例如通过具有包括数据的机器可访问介质的制造品，所述介质当被机器访问时使得所述机器分离Y和C分量。因此，本领域内的技术人员可以明白，在不脱离所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (14)

1.一种视频信号处理方法，包括：

使用对应于输入视频信号的多个场的数字数据而产生多个平面系数和组合系数；

将由平面系数组成的滤波掩码与输入视频信号的对应数据窗口卷积，以产生第一色度信号C₁、第二色度信号C₂和第三色度信号C₃；并且

使用组合系数来组合所述第一、第二和第三色度信号C₁-C₃，以产生输入视频信号的C信号，

其中，卷积包括：按照输入视频信号的时空局部特性以连续的方式自适应地产生滤波掩码，

所述多个平面系数包括四个平面系数Wu、Wd、Wl和Wr，并且

Wu与和中心像素的垂直和向上相关度成正比，

Wd与和中心像素的垂直和向下相关度成正比，

Wl与和中心像素的水平和向左相关度成正比，

Wr与和中心像素的水平和向右相关度成正比，

并且每个组合系数的值与在对应的数据窗口中的垂直变化成反比。

2.按照权利要求1的方法，还包括：从输入视频信号减去C信号以获得输入视频信号的Y信号。

3.按照权利要求1的方法，其中，卷积：

当输入视频信号的局部特性指示高垂直相关度时包括局部垂直梳状滤波；

当输入视频信号的局部特性指示高水平相关度时包括局部水平带通滤波；并且

当输入视频信号的局部特性相对于至少5个场数据而指示在水平和垂直方向上的高或低相关度时包括二维带通滤波。

4.按照权利要求1的方法，其中，卷积包括：

将由平面系数的第一组合构成的第一滤波掩码与第一数据窗口卷积以产生第一色度信号C₁；

将由平面系数的第二组合构成的第二滤波掩码与第二数据窗口卷积以产生第二色度信号C₂； 

将由平面系数的第三组合构成的第三滤波掩码与第三数据窗口卷积以产生第三色度信号C₃。

5.按照权利要求4的方法，其中：

第一数据窗口包括当前场的至少三个水平扫描线的数字数据；

第二数据窗口包括前一场、当前场和下一个场中的每个的一个水平扫描线的数字数据；和

第三数据窗口包括在当前场之前两个场的场、当前场和在当前场之后两个场的场中的每个的一个水平扫描线的数字数据，

第一、第二和第三数据窗口的每个由具有公共相位的数字数据组成。

6.按照权利要求5的方法，其中，平面系数的第一组合、平面系数的第二组合和平面系数的第三组合的每个包括：与和中心像素的垂直和向上相关度成正比的第一系数；与和中心像素的垂直和向下相关度成正比的第二系数；与和中心像素的水平和向左相关度成正比的第三系数；与和中心像素的水平和向右相关度成正比的第四系数。

7.按照权利要求1的方法，其中，所述视频信号处理方法被应用到NTSC或PAL系统。

8.一种视频信号处理装置，包括：

权重确定单元，用于使用对应于输入视频信号的多个场的数字数据而产生多个平面系数和组合系数；

滤波器，用于将由平面系数组成的滤波掩码与输入视频信号的对应数据窗口卷积，以产生第一色度信号C₁、第二色度信号C₂和第三色度信号C₃；以及，

组合器，用于使用组合系数来组合所述第一、第二和第三色度信号C₁-C₃，以产生输入视频信号的C信号，

其中，所述滤波器按照输入视频信号的时空局部特性连续地产生滤波掩码，

所述多个平面系数包括四个平面系数Wu、Wd、Wl和Wr，并且

Wu与和中心像素的垂直和向上相关度成正比，

Wd与和中心像素的垂直和向下相关度成正比，

Wl与和中心像素的水平和向左相关度成正比，

Wr与和中心像素的水平和向右相关度成正比， 

并且每个组合系数的值与在对应的数据窗口中的垂直变化成反比。

9.按照权利要求8的装置，还包括减法器，用于从视频信号减去由组合器产生的C信号以获得输入视频信号的Y信号。

10.按照权利要求8的装置，其中，所述滤波器：

当输入视频信号的局部特性指示高垂直相关度时执行局部垂直梳状滤波；

当输入视频信号的局部特性指示高水平相关度时执行局部带通梳状滤波；并且

当输入视频信号的局部特性相对于至少5个场数据而指示在水平和垂直方向上的高或低相关度时执行二维带通滤波。

11.按照权利要求8的装置，其中，所述滤波器包括：

第一滤波器，用于将由平面系数的第一组合构成的第一滤波掩码与第一数据窗口卷积以产生第一色度信号C₁；

第二滤波器，用于将由平面系数的第二组合构成的第二滤波掩码与第二数据窗口卷积以产生第二色度信号C₂；

第三滤波器，用于将由平面系数的第三组合构成的第三滤波掩码与第三数据窗口卷积以产生第三色度信号C₃。

12.按照权利要求11的装置，其中：

第一数据窗口包括当前场的至少三个水平扫描线的数字数据；

第二数据窗口包括前一场、当前场和下一个场中的每个的一个水平扫描线的数字数据；

第三数据窗口包括在当前场之前两个场的场、当前场和在当前场之后两个场的场中的每个的一个水平扫描线的数字数据，

其中，第一、第二和第三数据窗口中的每个由具有公共相位的数字数据组成。

13.按照权利要求12的装置，其中，平面系数的第一组合、平面系数的第二组合和平面系数的第三组合的每个包括：

与和中心像素的垂直和向上相关度成正比的第一系数；

与和中心像素的垂直和向下相关度成正比的第二系数；

与和中心像素的水平和向左相关度成正比的第三系数；

与和中心像素的水平和向右相关度成正比的第四系数。 

14.按照权利要求9的装置，其中，所述滤波器被应用到NTSC或PAL系统。 

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