CN1805555B - 自适应时空y/c分离的数字视频信号处理设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于基于帧自适应时空Y/C分离的数字视频信号处理设备。在数字视频信号处理设备中，当根据图像的时空局部特性使用时空滤波器垂直/水平/时间固定边缘方向时，自适应三维带通滤波器(3D BPF)使用局部梳状滤波/1D带通滤波/帧梳状滤波来执行Y/C分离。当没有垂直/水平/时间固定边缘方向时，3D BPF在所有方向上执行2D或3D带通滤波。因此，3D BPF根据图像的时空局部特性连续执行梳状滤波、1D带通滤波、帧梳状滤波和2D/3D带通滤波。

Description

自适应时空Y/C分离的数字视频信号处理设备和方法

技术领域

本发明涉及数字视频信号处理设备。本发明尤其涉及用于在NTSC/PAL(全国电视系统委员会/逐行倒相)系统中的、基于帧的时空Y/C分离的数字视频信号处理设备和方法。

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(Composite Video Blanking Sync))信号的装置，其中该CVBS信号是Y(亮度)信号和C(色度)信号的复合。使用子载波频率fsc正交幅度调制C信号。因此，通过其频率和相位确定C信号的特性。在接收级的数字视频信号处理设备关于C信号的特性分离Y和C信号，并且根据分离的信号显示图像。

图1图解常规视频信号处理设备100的方框图。参照图1，视频处理设备100包括梳状滤波器(comb filter)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110一维地带通滤波垂直方向上的输入视频信号。1D-BPF120一维地带通滤波水平方向上的输入视频信号。权重确定单元130关于垂直/水平相关度和C信号的相位确定梳状滤波器110和1D-BPF120的输出的权重。组合器140使用权重来组合梳状滤波器110和1D-BPF120的输出，以产生C信号。减法器150从输入的CVBS信号中减去C信号来产生Y信号。

图2图解另一常规视频信号处理设备200的方框图。参照图2，视频信号处理设备包括2D-BPF 210、减法器220和后置处理器(post-processor)230。2D-BPF 210执行二维卷积来提取经调制的C信号。后置处理器230处理提取的C信号和减法器220产生的Y信号。当2D-BPF 210不正确地执行Y/C分离时，后置处理器230补偿Y/C信号来产生补偿的Y/C信号。

在常规Y/C分离技术中，当检测的图像边缘具有高垂直相关度时，根据梳状滤波执行Y/C分离，并且当检测的图像边缘具有高水平相关度时，根据1D带通滤波执行Y/C分离。如上所述，当根据常规Y/C分离技术选择这些滤波方法之一时，系统性能很大程度上依赖于用于边缘检测的阈值。即，当由于不准确的边缘检测错误地选择滤波方法时，可能不正确或不稳定地执行Y/C分离。不选择滤波方法之一但是组合滤波操作的结果的常规技术在某种程度上解决了该问题。然而，这些技术是基于水平或垂直一维滤波的，因此由于变化的边缘检测而可能在产生的信号中仍存在人为图像污染。

换句话说，当其中图像的边缘延伸的方向不一致时，由分离地选择的梳状滤波或1D带通滤波没有恰当执行Y/C分离的情况下，当在分离的Y信号中存在C分量时产生的亮度交叉(导致点状图像污染)和在分离的C信号中存在Y分量时产生的色度交叉(导致彩虹状图像污染)会出现在所显示的图像上。

为了改善空间滤波，常规视频信号处理设备使用时空滤波。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帧的像素数据与当前像素的相关度。时空滤波方法需要用于存储前一和下一场/帧的像素数据的存储器。虽然时空滤波器比空间滤波器更贵，但当需要具有高图片质量的图像时，经常使用时空滤波技术。

然而，响应于CVBS信号的帧间/帧内相关度而不连续选择空间滤波器和时空滤波器的常规Y/C分离技术，当相关度测量出现差错时，产生诸如交叉亮度和交叉色度之类的图像污染。此外，卷积技术在二维空间Y/C分离中存在限制。

发明内容

因此本发明涉及数字视频信号处理设备和方法，它实际上克服由于现有技术的限制和缺点产生的一个或多个问题。

本发明的实施例的特征是根据输入视频信号的时间和空间特性自适应并连续执行基于帧的Y/C分离。

本发明的实施例的另一特征是使用具有适合输入信号的Y/C分离的频谱特性的时空滤波器。

通过提供视频信号处理方法至少可以实现本发明的上述和其他特征之一，该方法包括：使用输入视频信号的多个帧的数据产生多个2D加权系数和3D加权系数，并且产生输入视频信号的C信号，其包括将水平系数掩码(mask)、垂直系数掩码和时间系数掩码与多个帧的数据的相应数据窗口卷积，这些掩码分别由多个2D和3D加权系数组成，根据输入视频信号的时空局部特性，该卷积步骤包括局部垂直梳状滤波、水平带通滤波、帧梳状滤波和2D/3D带通滤波。

该卷积步骤可以包括使用顺序帧的至少三个场数据，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，执行水平带通滤波，当输入视频信号的局部特性指示高时间相关度时，执行局部帧梳状滤波，并且当输入视频信号的局部特性指示多个方向的高或低相关度时，执行2D/3D带通滤波。

产生C信号可以包括将输入视频信号的第一场数据的第一数据窗口与第一滤波器掩码卷积，将输入视频信号的第二场数据的第二数据窗口与第二滤波器掩码卷积，将输入视频信号的第三场数据的第三数据窗口与第三滤波器掩码卷积，并且组合卷积结果来输出C信号，其中通过3D卷积水平系数掩码、垂直系数掩码和时间系数掩码可以产生第一、第二和第三滤波器掩码。

第一场数据和第二场数据之间可以具有一帧的间隔，并且第二场数据和第三个场数据之间可以具有一帧的间隔。水平系数掩码、垂直系数掩码和时间系数掩码可以都是一维的。每个数据窗口可以包括具有与每场的当前像素的C分量相位相反的C分量相位的垂直和水平数据和具有与当前像素相同的C分量相位的对角数据(diagonal data)。

2D加权系数可以包括与当前像素的垂直和向上相关度成比例的第一系数、与当前像素的垂直和向下相关度成比例的第二系数、与当前像素的水平和向左相关度成比例的第三系数和与当前像素的水平和向右相关度成比例的第四系数。

3D加权系数可以包括当前像素和当前像素之前一帧的像素之间的相关度成比例的第一系数和当前像素和当前像素之后一帧的像素之间的相关度成比例的第二系数。

通过提供视频信号处理设备可以实现本发明的至少一个上述和其它特征和优点，该设备包括：权重确定单元，用于使用输入视频信号的多个帧的数据产生多个2D加权系数和3D加权系数；和滤波器，用于卷积分别组成对应于多个帧的数据的数据窗口的多个2D和3D加权系数的水平系数掩码(mask)、垂直系数掩码和时间系数掩码来产生输入视频信号的C信号，其中滤波器根据输入视频信号的时空局部特性自适应执行局部垂直梳状滤波、水平带通滤波、帧梳状滤波和2D/3D带通滤波。

附图说明

通过结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，本发明的上述目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1图解常规视频信号处理设备的方框图；

图2图解另一常规视频信号处理设备的方框图；

图3图解根据本发明实施例的视频信号处理设备的方框图；

图4图解NTSC系统的色度信号的相位；

图5图解NTSC系统中的时空色度信号的相位；

图6图解用于解释水平滤波系数的图；

图7图解用于解释垂直滤波系数的图；

图8图解用于解释时间滤波系数的图；

图9显示像素的垂直偏差；

图10显示像素的水平偏差；

图11显示图3所示的视频信号处理设备的3D BPF的方框图；

图12图解视频信号的水平和垂直频率中表示C和Y分量的频谱特性；和

图13图解视频信号的时间和垂直频率中表示C和Y分量的频谱特性。

具体实施方式

于2005年1月13日在韩国知识产权局提交的、名称为“Digital SignalProcessing Apparatus and Method for Frame-Based Adaptive Temporal andSpatial Y/C Separation”的韩国专利申请No.10-2005-0003177的全部内容援引于此以供参考。

将更加全面地参照附图(其中显示了示例性实施例)描述本发明。然而，可以以许多不同的形式实现本发明，并且不应理解为仅限于这里阐述的实施例。然而，提供这些实施例使得本公开更加透彻和完整，并且将本发明的原理完全传达给本领域技术人员。在附图中，相同的附图标记指示相同的元件。

图3图解根据本发明实施例的视频信号处理设备300的方框图。参照图3，视频信号设备300包括存储器310、权重确定单元320、三维带通滤波器(3D BPF)330和减法器340。视频信号处理设备300可以用于NTSC系统。视频信号处理设备300接收数字CVBS信号作为输入视频信号，并且将其分离为Y信号和C信号。输入视频信号可以是通过以预定频率4f_SC采样模拟CVBS信号的有效视频区域获得的数字信号，其中f_SC是子载波频率。

在NTSC系统中的输入视频信号CVBS(t)可以表示为：

[方程1]

CVBS(t)＝Y+U*sin2πf_SCt+V*cos2πf_SCt

其中U和V是C分量，f_SC是子载波频率，而t是时间。在NTSC系统中，以4f_SC采样的像素信号具有图4所示的色度信号相位。正如那里所见到的那样，对于每个水平线以Y+U，Y+V，Y-U，Y-V的形式重复像素信号。图4仅图解色度信号分量的相位。如图4所示，在NTSC系统中，在相邻水平扫描线中色度信号相位偏移180°。

如图6所示，可以时空地表示NTSC系统中的输入视频信号CVBS(t)。参照图6，(i，j，t)上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，如+U。在从中心像素的第一对角方向上时空地布置的像素信号，即在下一场的(i-1，j，t+1)上的像素和在前一场的(i，j，t-1)上的像素具有与中心像素相同的相位。在从中心像素的第二对角方向上时空地布置的像素信号，即在下一场的(i，j，t+1)上的像素和在前一场的(i-1，j，t-1)上的像素具有与(i，j，t)上的中心像素的C分量相反的相位(如，-U)。在NTSC系统中，每一帧由两个场，即奇数场和偶数场组成。

由视频信号处理设备300分离的Y和C信号(U和V信号)可以转换为外部电路所需的格式，并且存储或发送到显示装置。例如，可以使用三基色信号(如，红、绿、蓝信号)内插Y和C信号，来在液晶显示器(LCD)上显示。

根据本发明实施例的视频信号处理设备300响应于输入视频信号CVBS的时空局部特性自适应地工作，而不是离散地执行时空梳状滤波或1D带通滤波。为此，存储器310存储对应于输入视频信号的多个帧的数字场数据。存储器310包括多个帧存储器311和312，其中每一个存储对应于一帧，即两场的数据。虽然图3仅显示两个帧存储器311和312，但是如果滤波需要可以将更多帧存储器添加到数字视频信号处理设备300。

对应于多个帧的数据(存储在存储器310中)和当前输入的视频数据输出到权重确定单元320。权重确定单元320使用多个帧数据产生将在3D BPF

330中用于滤波的2D加权系数Wu、Wd、Wl和Wr和3D加权系数Wb和Wf。

在操作中，3D BPF 330使用2D加权系数Wu、Wd、Wl和Wr和3D加权系数Wb和Wf产生输入视频信号的C信号。减法器340从输入复合视频信号中减去当前处理的像素的C信号(U或V信号)来获得Y信号。例如，当从当前像素Y+U的输入复合视频信号中减去作为C信号输出的U信号时，获得Y信号。

3D BPF 330根据输入视频信号的时空局部特性可以以连续方式自适应执行局部垂直梳状滤波、水平带通滤波、帧梳状滤波和2D/3D带通滤波。即，3D BPF 330可以使用连续帧得至少三个场数据和在时空域中定义的3D滤波掩码来执行滤波。当输入视频数据的局部特性指示高空间垂直相关度时，3DBPF 330执行局部垂直梳状滤波，当输入视频数据的局部特性指示高空间水平相关度时，3D BPF 330执行局部水平带通滤波，当输入视频数据的局部特性指示高时间相关度时，3D BPF 330执行局部帧梳状滤波，并且当输入视频数据的局部特性指示多方向中的高或低相关度时，3D BPF 330执行2D或3D带通滤波。

3D BPF 330可以使用带通滤波器掩码，即水平系数掩码、垂直系数掩码、和时间系数掩码执行滤波，这些掩码由2D加权系数Wu、Wd、Wl和Wr和3D加权系数Wb和Wf组成。当水平系数掩码是h_h(i，j，t)，垂直系数掩码是h_v(i，j，t)，并且时间系数掩码是h_t(i，j，t)时，从3D BPF 330输出的C信号C(i，j，t)可以如下表示。

[方程2]

C(i，j，t)＝h(i，j，t)***CVBS(i，j，t)

h(i，j，t)＝h_h(i，j，t)***h_v(i，j，t)***h_t(i，j，t)

即，3D BPF 330可以3D卷积水平系数掩码h_h(i，j，t)、垂直系数掩码h_v(i，j，t)、时间系数掩码h_t(i，j，t)和存储在存储器310中的场数据的对应数据窗口CVBS(i，j，t)来输出输入视频信号的C信号C(i，j，t)。通过如下方式从当前处理的中心像素的CVBS数据CVBS(i，j，t)中减去C信号C(i，j，t)可以获得从减法器340输出的Y信号。

[方程3]

Y(i，j，t)＝CVBS(i，j，t)-C(i，j，t)

水平系数掩码h_h(i，j，t)、垂直系数掩码h_v(i，j，t)、时间系数掩码h_t(i，j，t)可以是如下所示的1维的系数掩码。

[方程4]

h_h(i，j，t)＝[Wl 0 Nh 0 Wr]

h_t(i，j，t)＝[Wb Nt Wf]

$h_v=\left[\begin{array}{c}\mathrm{Wu}\\ \mathrm{Nv}\\ \mathrm{Wd}\end{array}\right]$

在方程4中，系数Nh、Nv和Nt可以是确保Nh、Nv和Nt的各个绝对值和2D加权系数和3D加权系数的各个绝对值之和为1的标准化值。

可以通过下式给出从三个1D系数掩码h_h(i，j，t)、h_v(i，j，t)和h_t(i，j，t)获得的3D空间掩码。

[方程5]

$h_1(i,j,t)=\left[\begin{array}{ccccc}\mathrm{Wb}\·\mathrm{Wl}\·\mathrm{Wu}& 0& \mathrm{Wb}\·\mathrm{Wu}& 0& \mathrm{Wb}\·\mathrm{Wr}\·\mathrm{Wu}\\ \mathrm{Wb}\·\mathrm{Wl}& 0& \mathrm{Ns}\·\mathrm{Wb}& 0& \mathrm{Wb}\·\mathrm{Wr}\\ \mathrm{Wb}\·\mathrm{Wl}\·\mathrm{Wd}& 0& \mathrm{Wb}\·\mathrm{Wd}& 0& \mathrm{Wb}\·\mathrm{Wr}\·\mathrm{Wd}\end{array}\right]$

$h_2(i,j,t)=\left[\begin{array}{ccccc}\mathrm{Nt}\·\mathrm{Wl}\·\mathrm{Wu}& 0& \mathrm{Nt}\·\mathrm{Wu}& 0& \mathrm{Nt}\·\mathrm{Wr}\·\mathrm{Wu}\\ \mathrm{Nt}\·\mathrm{Wl}& 0& \mathrm{Ns}\·\mathrm{Nt}& 0& \mathrm{Nt}\·\mathrm{Wr}\\ \mathrm{Nt}\·\mathrm{Wl}\·\mathrm{Wd}& 0& \mathrm{Nt}\·\mathrm{Wd}& 0& \mathrm{Nt}\·\mathrm{Wr}\·\mathrm{Wd}\end{array}\right]$

$h_3(i,j,t)=\left[\begin{array}{ccccc}\mathrm{Wf}\·\mathrm{Wl}\·\mathrm{Wu}& 0& \mathrm{Wf}\·\mathrm{Wu}& 0& \mathrm{Wf}\·\mathrm{Wr}\·\mathrm{Wu}\\ \mathrm{Wf}\·\mathrm{Wl}& 0& \mathrm{Ns}\·\mathrm{Wf}& 0& \mathrm{Wf}\·\mathrm{Wr}\\ \mathrm{Wf}\·\mathrm{Wl}\·\mathrm{Wd}& 0& \mathrm{Wf}\·\mathrm{Wd}& 0& \mathrm{Wf}\·\mathrm{Wr}\·\mathrm{Wd}\end{array}\right]$

因此，由方程2表示的、用于3D BPF 330的卷积的数据CVBS(i，j，t)可以包括分别对应于3D系数掩码h₁(i，j，t)、h₂(i，j，t)和h₃(i，j，t)的三个数据窗口。即，对应于方程5的每个滤波器掩码的3x5矩阵的CVBS数据可以用于方程2的卷积。在方程5中，h₂(i，j，t)是当前场的系数掩码、h₁(i，j，t)是当前场之前一帧的场的系数掩码，而h₃(i，j，t)是当前场之后一帧的场的系数掩码。即，顺序帧的相应三个场数据BEFID(之前场)、PRFID(当前场)和AFFID(之后场)可以用于方程2的3D卷积。在方程5中，Ns＝Nh*Nv。

特别地，在每个场数据的三个顺序水平扫描线的数字数据中的、对应于方程5中的非零元素的场数据可以用于卷积，所述场数据即是垂直和水平数据以及对角数据，其中垂直和水平数据具有与中心像素的相位(图4中为+U)相反的C分量相位(图4中为-U)，而对角数据具有与中心像素的相位(图4中为+U)相同的C分量相位(图4中为+U)。

在方程4和5中，根据图像的空间局部特性，2D权重Wu、Wd、Wl和Wr可以施加到具有与当前处理的场中的(i，j)上的中心像素的相位相反的相位的像素上，并且可以具有-0.5到0(包含-0.5和0)之间的值。因此，根据图像的局部特性对角权重WuWl、WdWl、WuWr和WdWr可以具有0和0.25(包含0和0.25)之间的值。此外，3D加权系数Wb和Wf可以用于反映时间运动偏差。3D加权系数Wb和Wf可以具有-0.5到0(包含-0.5和0)之间的值，并且可以具有表示时间相关度的任何值。

特别地，参照图6，Nh可以施加到(i，j，t)上的当前中心像素，Wl可以施加到位于当前中心像素左边两个像素的(i，j-2，t)上的像素上，并且Wr可以施加到位于当前中心像素右边两个像素的(i，j+2，t)上的像素上。参照图7，Nv可以施加到(i，j，t)上的当前中心像素，Wu可以施加到当前中心像素上边一个水平扫描线上的(i-1，j，t)上的像素上，并且Wd可以施加到当前中心像素下边一个水平扫描线上的(i+1，j，t)上的像素上。参照图8，Nt可以施加到(i，j，t)上的当前中心像素，Wb可以施加到位于当前场之前一帧的(i，j，t-2)上的像素上，并且Wf可以施加到位于当前场之后一帧的(i，j，t+2)上的像素上。

可以确定在方程4和5中使用的2D加权系数Wu、Wd、Wl和Wr和3D加权系数Wb和Wf使得满足方程6。

[方程6]

在方程6中，VARv是空间域中的垂直偏差，VARh是空间域中的水平偏差，VARt是时域中的时间偏差，VARu是空间域中的向上偏差，VARd是空间域中的向下偏差，VARl是空间域中的向左偏差，VARr是空间域中的向右偏差，VARb是时域中的之前偏差，并且VARf是时域中的之后偏差。

在本发明的实施例中，方程6可以表示为如下

[方程7]

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

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

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

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

$\mathrm{Wf}=-0.5\×\frac{\mathrm{Difv}+\mathrm{Difh}}{\mathrm{Difh}+\mathrm{Difv}+\mathrm{Dift}}\×\frac{\mathrm{Difb}}{\mathrm{Diff}+\mathrm{Difb}}$

$\mathrm{Wb}=-0.5\×\frac{\mathrm{Difv}+\mathrm{Difh}}{\mathrm{Difh}+\mathrm{Difv}+\mathrm{Dift}}\×\frac{\mathrm{Diff}}{\mathrm{Diff}+\mathrm{Difb}}$

在方程7中，Difv是输入视频信号的垂直差的绝对值，Difh是水平差的绝对值，Difu是向上差(upward difference)的绝对值，Difd是向下差(downwarddifference)的绝对值，Difl是向左差(leftward difference)的绝对值，并且Difr是向右差(rightward difference)的绝对值。

参照图9，Difv＝du+dd+dv，Difu＝du，并且Difd＝dd。参照图10，Difh＝dl+dr+dh，Difl＝dl，并且Difr＝dr。这里，du是(i，j)上的像素数据和(i-2，j)上的像素数据之间的差的绝对值，dd表示(i，j)上的像素数据和(i+2，j)上的像素数据之间的差的绝对值，dv是(i-1，j)上的像素数据和(i+1，j)上的像素数据之间的差的绝对值，dl是(i，j)上的像素数据和(i，j-4)上的像素数据之间的差的绝对值，dr是(i，j)上的像素数据和(i，j+4)上的像素数据之间的差的绝对值，并且dh是(i，j-2)上的像素数据和(i，j+2)上的像素数据之间的差的绝对值。此外，Dift是时间轴的偏差，并且Diff和Difb表示后续和先前帧方向中的偏差。这里，通过组合时间轴上具有与当前像素的相位相同的相位的像素可以计算出Dift、Diff和Difb。

在方程7中，可以使用具有相同相位的像素数据之间的差的绝对值，并且可以使用5个连续水平扫描线的数据来计算绝对值。此外，使用具有相同相位的像素数据的各种组合可以确定权重Wu、Wd、Wl、Wr、Wf和Wb使得它们表示水平/垂直/时间/向左/向右/向上/向下偏差。因此，Wu与中心像素的垂直和向上相关度成比例。

参照方程7，Wu与垂直相关度成比例，或与水平相关度和时间相关度成反比例，并且与向上相关度成比例，或与向下相关度成反比例。Wd与垂直相关度成比例，或与水平相关度和时间相关度成反比例，并且与向下相关度成比例，或与向上相关度成反比例。Wl与水平相关度和向左相关度成比例。特别地，Wl与水平相关度成比例，或与垂直相关度和时间相关度成反比例，并且与向左相关度成比例，或与向右相关度成反比例。Wr与水平相关度和向右相关度成比例。特别地，Wr与水平相关度成比例，或与垂直相关度和时间相关度成反比例，并且与向右相关度成比例，或与向左相关度成反比例。

Wb与中心像素数据和当前像素之前一帧的场的数据之间的相关度成比例。参照图8，Wb表示(i，j，t)上的中心像素和位于当前像素之前一帧的(i，j，t-2)上、具有与中心像素相同相位的像素之间的差。Wf与(i，j，t)上的中心像素数据和位于当前像素之后一帧的(i，j，t+2)上、具有与中心像素相同相位的像素之间的相关度成比例。参照方程7，Wb与时间相关度成比例，或与空间相关度成反比例，并且与当前像素数据和当前像素之前一帧的场的数据之间的相关度成比例，或者与中心像素数据和当前像素之后一帧的场的数据之间的相关度成反比例。Wf与时间相关度成比例，或与空间相关度成反比例，并且与当前像素和当前像素之后一帧的像素之间的相关度成比例，或者与当前像素和当前像素之前一帧的像素之间的相关度成反比例。

3D BPF 330可以使用可以如上所述地确定的加权系数Wu、Wd、Wl和Wr、Wb和Wf，通过方程3的卷积执行滤波。图11是图3的3D BPF 330的方框图。参照图11，3D BPF 330可以包括第一滤波器321、第二滤波器332、第三滤波器333和组合器336。

第一滤波器331可以使用方程5中的滤波器掩码h₁(i，j，t)。第一滤波器331可以将输入视频信号的第一场数据BEFRM(之前帧)的对应数据窗口与滤波器掩码h₁(i，j，t)卷积。第一场数据BEFRM的数据窗口存在于当前正在处理的第二场数据PRFRM(当前帧)之前一帧的场数据中。即，可以使用之前一帧的场数据BEFRM的三个顺序水平扫描线的数字数据中对应于方程5中的非零元素的数据。这些数据可以包括具有与中心像素的相位相反的相位的C分量的垂直和水平数据，和具有与中心像素相位相同的C分量的对角数据。

第二滤波器332可以使用方程5中的滤波器掩码h₂(i，j，t)。第二滤波器332可以将输入视频信号的第二场数据PRFRM的对应数据窗口与滤波器掩码h₂(i，j，t)卷积。第二场数据PRFRM的数据窗口存在于当前正在处理的场数据中。即，使用当前场数据PRFRM的三个顺序水平扫描线的数字数据中对应于方程5中的非零元素的数据。这些数据可以包括具有与中心像素的相位相反的相位的C分量的垂直和水平数据，和具有与中心像素相位相同的C分量的对角数据。

第三滤波器333可以使用方程5中的滤波器掩码h₃(i，j，t)。第三滤波器333可以将输入视频信号的第三个场数据AFFRM(之后帧)的对应数据窗口与滤波器掩码h₃(i，j，t)卷积。第三个场数据AFFRM的数据窗口存在于当前正在处理的第二场数据PRFRM之后一帧的场数据中。即，可以使用后一帧的场数据AFFRM的三个顺序水平扫描线的数字数据中对应于方程5中的非零元素的数据。这些数据包括具有与中心像素的相位相反的相位的C分量的垂直和水平数据，和具有与中心像素相位相同的C分量的对角数据。

组合器334可以组合第一、第二和第三滤波器331、332和333的卷积结果，并且输出组合的结果作为C信号。通过上述操作，3D BPF 330根据输入视频信号的时空局部特性以连续方式自适应执行梳状滤波、1D带通滤波、帧梳状滤波和2D/3D带通滤波。

例如，当在时空域的所有方向中相关度为高或低时，在方程6中所有的2D加权系数Wu、Wd、Wl和Wr和3D加权系数Wb和Wf影响3D BPF 330的滤波操作。因此，在图12所示的关于水平和垂直频率H和V中的频谱特性中，可以通过如提取的形式930所示清楚地提取包含在Y分量910中的C信号的高频分量，由此消除图像污染。特别地，当所有方向中的相关度为高时，使用方程6的加权系数来平均周围的像素使信号稳定。当所有方向中的相关度为低时，以其最清楚的形式分离C分量，因此最小化交叉色度污染，并且Y信号的高频分量是清楚的。相似地，在关于图13所示的时间和垂直频率T和V的频谱特性中，如图所示通过提取的形式970清楚地提取包含在Y分量950中的C信号的高频分量960，由此消除图像污染。

另一方面，当在特定方向中时空相关度高时，对应于该方向的加权系数变大，同时对应于其它方向的加权系数变小。因此，可以对中心像素周围的像素执行梳状滤波、1D带通滤波、帧梳状滤波或2D/3D滤波来分离Y和C信号，由此最小化图像污染。

如上所述，在根据本发明的视频信号处理设备300中，当根据图像的时空局部特性使用时空滤波器垂直/水平/时间固定边缘方向时，自适应3D BPF330根据局部梳状滤波/1D带通滤波/帧梳状滤波执行Y/C分离。当没有水平/垂直/时间固定边缘方向时，3D BPF 330在所有方向中执行2D或3D滤波。3D BPF根据图像的时空局部特性连续执行梳状滤波、1D带通滤波、帧梳状滤波和2D/3D滤波。

根据本发明的视频信号处理设备根据NTSC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/1D带通滤波/帧梳状滤波或2D/3D滤波。因此，与离散选择滤波方法并稳定分离Y和C信号的常规设备相比，本发明的视频信号处理设备可以更精确地检测图像的边缘。因此，当本发明的视频信号处理设备用于显示系统中时，可以消除诸如交叉亮度和交叉色度之类的图像污染，从而改善显示系统的显示质量。

在这里公开了本发明的示例性实施例，并且虽然采用了特定术语，但是以一般和描述目的来解释并使用它们，而不是用于限制的目的。例如，虽然本发明的实施例描述为涉及硬件实现，通过软件，如具有机器可访问的介质(包含数据)的制造物实现本发明的处理，其中当机器访问介质时，使机器分离Y和C分量。因此，本领域内的普通技术人员将理解的是，可在不背离由所附权利要求书限定的本发明宗旨和范围的前提下对本发明进行各种形式和细节上的修改。

Claims (18)

1.一种视频信号处理方法，包括：

使用输入视频信号的多个帧的数据产生多个2D加权系数和3D加权系数；和

产生输入视频信号的C信号，包括卷积水平系数掩码、垂直系数掩码和时间系数掩码，这些掩码分别组成对应于多个帧的数据的数据窗口的多个2D和3D加权系数，

其中所述卷积包括：

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，执行局部水平带通滤波；

当输入视频信号的局部特性指示高时间相关度时，执行局部帧梳状滤波；和

当输入视频信号的局部特性指示多个方向的高或低相关度时，使用顺序帧的至少三个场数据执行2D/3D带通滤波。

2.如权利要求1所述的方法，其中视频信号处理方法用于NTSC系统中。

3.如权利要求1所述的方法，其中产生C信号还包括：

将输入视频信号的第一场数据的第一数据窗口与第一滤波器掩码卷积；

将输入视频信号的第二场数据的第二数据窗口与第二滤波器掩码卷积；

将输入视频信号的第三场数据的第三数据窗口与第三滤波器掩码卷积；和

组合卷积结果来输出C信号，

其中通过3D卷积水平系数掩码、垂直系数掩码和时间系数掩码产生第一、第二和第三滤波器掩码。

4.如权利要求3所述的方法，其中第一场数据和第二场数据之间具有一帧的间隔，并且第二场数据和第三个场数据之间具有一帧的间隔。

5.如权利要求3所述的方法，其中水平系数掩码、垂直系数掩码和时间系数掩码都是一维的。

6.如权利要求3所述的方法，其中每个数据窗口包括：

具有与每场的当前像素的C分量相位相反的C分量相位的垂直和水平数据；和

具有与当前像素相同的C分量相位的对角数据。

7.如权利要求1所述的方法，其中2D加权系数包括：

与当前像素的垂直和向上相关度成比例的第一系数；

与当前像素的垂直和向下相关度成比例的第二系数；

与当前像素的水平和向左相关度成比例的第三系数；和

与当前像素的水平和向右相关度成比例的第四系数。

8.如权利要求1所述的方法，其中3D加权系数包括：

与当前像素和当前像素之前一帧的像素之间的相关度成比例的第一系数；和

与当前像素和当前像素之后一帧的像素之间的相关度成比例的第二系数。

9.如权利要求1所述的方法，还包括从输入视频信号中减去所产生的C信号来产生Y信号。

10.一种视频信号处理设备，包括：

权重确定单元，用于使用输入视频信号的多个帧的数据产生多个2D加权系数和3D加权系数；和

滤波器，用于卷积水平系数掩码、垂直系数掩码和时间系数掩码来产生输入视频信号的C信号，这些掩码分别组成对应于多个帧的数据的数据窗口的加权系数，

其中滤波器执行：

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，执行局部水平带通滤波；

当输入视频信号的局部特性指示高时间相关度时，执行局部帧梳状滤波；和

当输入视频信号的局部特性指示多个方向的高或低相关度时，使用顺序帧的至少三个场数据执行2D/3D带通滤波。

11.如权利要求10所述的设备，其中视频信号处理设备用于NTSC系统中。

12.如权利要求10所述的设备，其中滤波器包括：

第一滤波器，用于将输入视频信号的第一场数据的第一数据窗口与第一滤波器掩码卷积；

第二滤波器，用于将输入视频信号的第二场数据的第二数据窗口与第二滤波器掩码卷积；

第三滤波器，用于将输入视频信号的第三场数据的第三数据窗口与第三滤波器掩码卷积；和

组合器，用于组合第一、第二和第三滤波器的卷积结果来输出C信号，

其中通过3D卷积水平系数掩码、垂直系数掩码和时间系数掩码产生第一、第二和第三滤波器掩码。

13.如权利要求12所述的设备，其中第一场数据和第二场数据之间具有一帧的间隔，并且第二场数据和第三个场数据之间具有一帧的间隔。

14.如权利要求12所述的设备，其中水平系数掩码、垂直系数掩码和时间系数掩码都是一维的。

15.如权利要求12所述的设备，其中每个数据窗口包括：

具有与每场的当前像素的C分量相位相反的C分量相位的垂直和水平数据；和

具有与当前像素相同的C分量相位的对角数据。

16.如权利要求10所述的设备，其中2D加权系数包括：

与当前像素的垂直和向上相关度成比例的第一系数；

与当前像素的垂直和向下相关度成比例的第二系数；

与当前像素的水平和向左相关度成比例的第三系数；

和与当前像素的水平和向右相关度成比例的第四系数。

17.如权利要求10所述的设备，其中3D加权系数包括：

与当前像素和当前像素之前一帧的像素之间的相关度成比例的第一系数；和

与当前像素和当前像素之后一帧的像素之间的相关度成比例的第二系数。

18.如权利要求10所述的设备，还包括减法器，用于从输入视频信号中减去所产生的C信号来产生Y信号。

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