CN1810044A - 亮度与颜色分离 - Google Patents

Abstract

公开了一种亮度和颜色分离滤波器单元(300、400、500、600、700)，用于从一个合成彩色电视信号(CVBS)中提取一个亮度信号(Y)和两个颜色信号(U、V)，该合成彩色电视信号包括一个被调制在一个子载波上的色度(C)信号，该子载波位于该亮度信号(Y)的频谱的高频部分中。滤波器单元(300、400、500、600、700)被设置为基于从合成彩色电视信号(CVBS)导出的第一样本(F₁)、第二样本(F₂)和第三样本(F₃)来计算一组值当中的至少一个值，该组值包括一个特定输出像素(x)的输出亮度值(Y(x，n))、该特定输出像素(x)的第一颜色值(U(x，n))和该特定输出像素(x)的第二颜色值(V(x，n))，其中所述第一样本(F₁)、第二样本(F₂)和第三样本(F₃)具有相互不同的子载波相位。

Description

亮度与颜色分离

本发明涉及一种用于从合成彩色电视信号中提取一个亮度信号和两个颜色信号的亮度和颜色分离滤波器单元，该合成彩色电视信号包括一个在子载波上调制的色度信号，该子载波位于该亮度信号的频谱的高频部分中。

本发明还涉及一种图像处理设备，其包括：

-接收装置，用于接收一个合成彩色电视信号，该合成彩色电视信号包括一个在子载波上调制的色度信号，该子载波位于一个亮度信号的频谱的高频部分中；以及

-一个亮度和颜色分离滤波器单元，用于从该合成彩色电视信号中提取该亮度信号和两个颜色信号。

本发明还涉及一种从一个合成彩色电视信号中提取一个亮度信号和两个颜色信号的方法，该合成彩色电视信号包括一个在子载波上调制的色度信号，该子载波位于该亮度信号的频谱的高频部分中。

本发明还涉及一种由一个计算机装置加载的计算机程序产品，其包括用于从一个合成彩色电视信号中提取一个亮度信号和两个颜色信号的指令，该合成彩色电视信号包括一个在子载波上调制的色度信号，该子载波位于该亮度信号的频谱的高频部分中，该计算机装置包括处理单元和一个存储器。

随着HDTV电视机在许多市场中变得容易获得，数字电视得到迅速地普及。然而，对于可预见的将来，预期模拟电视仍然是最重要的电视标准。随着显示出高得多的分辨率的日益增大的电视的出现，解码模拟电视信号的持续的质量改进是理想的。

持续存在于模拟电视中的许多伪像是由合成彩色视频信号中的亮度和色度的有缺陷的分离造成的。需要这一分离的原因是由于通过在该亮度(也就是灰度值(Y)频谱)的高频部分中的一个子载波上调制色度分量(C)来发送该色度分量(C)这一事实，如图1所示。由于两个分量共享相同的频率空间，所以在接收机侧对它们的分离只能是有缺陷的，并且通常导致已知为串色和串亮的伪像。

第一种低成本的PAL和NTSC解码器使用水平带通/陷波滤波器以用于Y/C分离。参见文献“Video demystified：a handbook for the digitalengineer 3rd edition(视频揭密：数字工程师手册第三版)”中的第428-433页，作者K.Jack，Eagle Rock：LLH Technical Publishing，2001年，ISBN 1-878707-56-6。这里，虽然亮度路径中的陷波滤波器抑制了大多数的色度，但是也衰减了高频亮度。类似地，色度路径中的带通滤波器通过色度，但是也通过了高频亮度。因此，这些解码器遭受了水平亮度分辨率损失以及严重的串亮和串色伪像。

第二种更先进的解码器旨在通过使用所谓的梳状滤波器改进Y/C分离。例如参见文献“Three-dimensional pre-and post-filtering for PALTV signals(针对PAL电视信号的三维预滤波与后滤波)”，作者D.Teichner，IEEE Transactions in Consumer Electronics，第34卷(1988)，第一期，第205-227页。这种解码器利用特定的垂直相邻或时间上相邻的样本的相反的子载波相位来从色度中分离亮度。其基本原理可以通过选取一个以任意相位φ编码的合成PAL样本F₁来解释：

F₁＝Y+Usin(φ)+Vcos(φ)                                    (1)

以及一个以180°+φ编码的第二样本F₂，假定它是从完全相同的亮度和色度值编码的：

F₂＝Y+Usin(φ+180°)+Wcos(φ+180°)

F₂＝Y-Usin(φ)-Vcos(φ)                                    (2)

现在，F₁和F₂相加并随后除以2，得到分离的亮度Y，而F₁和F₂相减并随后除以2，得到调制的色度Usin(φ)+Vcos(φ)。这意味着如果F₁和F₂的确是从高度相关的YUV值编码的话，则没有缺陷的Y/C分离是可能的。

当前现有技术的梳状滤波器通过沿着所检测的最高相关性的方向进行滤波来自适应地组合各种空间和时间梳状滤波器。参见文献“Video-Signal verarbeitung”第115-118页，作者C.Hentschel，Stuttgart：Teubner，1998，ISBN 3-519-06250-X。(也参见图2)。然而，特别在垂直详细描述的和/或运动区域中，由于所需要的相反子载波相位，可获得的梳状滤波方向通常太受限制。因而，即使现代3D梳状滤波器也遭受了串扰伪像和分辨率损失。

本发明的一个目的是提供一种在开头段落中描述的具有改进的亮度和颜色分离的滤波器单元。

实现本发明的目的在于，所述滤波器单元被设置为基于从合成彩色电视信号导出的第一、第二和第三样本来计算一组值当中的至少一个值，该组值包括一个特定输出像素的输出亮度值、该特定输出像素的第一颜色值以及该特定输出像素的第二颜色值，其中该第一、第二和第三样本具有相互不同的子载波相位。为了增加能够选择用于Y/C分离的高度相关的样本的可能性，可能的样本组与现有技术滤波器相比被扩展了。所述扩展是通过考虑与当前样本具有非相反子载波相位关系的样本来实现的。通过将这些样本包括在候选组中，提高了解码质量(即亮度和颜色分离质量)。

根据本发明的滤波器单元的工作方式是基于以下事实，即所接收的输入样本F₁引入三个未知的变量(即亮度值Y、第一颜色值U和第二颜色值V)以及一个已知值(即局部再生成的子载波相位α)。基本的代数表明，如果给出三个线性等式，就可以解出这三个未知的变量。因此，需要至少三个输入样本来计算所述三个未知变量。

根据本发明的滤波器单元的一个实施例包括一个样本获取单元，用于从合成彩色电视信号的三个部分中获取第一、第二和第三样本，所述三个部分对应于三个连续的图像，该样本获取单元由一个用于计算运动矢量的运动估计器控制，所述运动矢量表示所述三个连续图像的各部分之间的运动。根据本发明的该实施例的优点在于，可以选择沿局部估计的运动轨迹定位的三个样本。因此，即使在运动的情况中，也可以实现相对良好的亮度和颜色分离。运动估计可以基于合成彩色电视信号来执行。优选地，例如通过一个水平带通/陷波滤波器执行一个初始亮度和颜色分离。随后，该初始亮度和颜色分离的输出被应用于运动估计。

根据本发明的滤波器单元的另一实施例包括一个样本获取单元，用于从合成彩色电视信号的三个部分中获取第一、第二和第三样本，所述三个部分对应于单个图像，该样本获取单元被一个用于估计该单个图像中的边缘指向的装置控制。根据本发明的该实施例的优势在于，可以选择沿局部估计的边缘定位的三个样本。这三个样本相关的可能性是相对较高的。而且相对于该图像的像素矩阵成对角线(即任何任意角度)的边缘被检测，并且对于根据本发明的滤波器单元是有用的。在现有技术滤波器单元中，所应用的样本的相对位置是严格的。换句话说，在现有技术滤波器中，样本的选择是受限制的。

根据本发明的滤波器单元的一个实施例包括：

-一个第一低通滤波器，用于滤波两个颜色信号中的第一个；

-一个第二低通滤波器，用于滤波两个颜色信号中的第二个；

-一个连接到该第一低通滤波器和该第二低通滤波器的调制器，用于再调制所述两个颜色信号中已滤波的第一个以及所述两个颜色信号中已滤波的第二个；以及

-一个减法单元，用于从合成彩色电视信号中减去该调制器的输出。

优选地，该第一和第二低通滤波器具有与应用于PAL或NTSC编码器中的低通滤波器相匹配的特性，例如1.3MHZ，并且该调制器被设置为利用应用于PAL或NTSC编码器中的子载波来进行调制。根据本发明的该实施例的优势在于，实现了进一步改进的Y/C分离。

根据本发明的滤波器单元的一个实施例包括一个空间上变换单元，用于基于对从合成彩色电视信号中提取的样本的插值来计算第一、第二和第三样本。通过该空间上变换单元，该组样本被进一步增加，结果得到甚至更高的能够选择相对良好地相关的三样本组的可能性。

本发明的另一目的是提供一种在开头段落中描述的具有改进的亮度和颜色分离的图像处理设备。

实现本发明的该目的在于，所述滤波器单元被设置为基于从合成彩色电视信号导出的第一、第二和第三样本来计算一组值中的至少一个值，该组值包括一个特定输出像素的输出亮度值、该特定输出像素的第一颜色值以及该特定输出像素的第二颜色值，其中该第一、第二和第三样本具有相互不同的子载波相位。可选择地，该图像处理设备包括一个用于显示由所述亮度信号和所述两个颜色信号表示的图像的显示装置。该图像处理设备可以是一个TV。

本发明的又一目的是提供一种在开头段落中描述的产生改进的亮度和颜色分离的方法。

实现本发明的该目的在于，基于从合成彩色电视信号中导出的第一、第二和第三样本来计算一组值中的至少一个值，该组值包括一个特定输出像素的输出亮度值、该特定输出像素的第一颜色值以及该特定输出像素的第二颜色值，其中该第一、第二和第三样本具有相互不同的子载波相位。

本发明的另一目的是提供一种在开头段落中描述的产生改进的亮度和颜色分离的计算机程序产品。

实现本发明的该目的在于，该计算机程序产品在被加载后提供具有执行以下步骤的能力的处理单元：基于从合成彩色电视信号导出的第一、第二和第三样本来计算一组值中的至少一个值，该组值包括一个特定输出像素的输出亮度值、该特定输出像素的第一颜色值以及该特定输出像素的第二颜色值，其中该第一、第二和第三样本具有相互不同的子载波相位。

滤波器单元的各种修改和变化可以对应于所描述的方法的修改和变化。

参照下面描述的实现方式和实施例以及附图来说明根据本发明的滤波器单元、图像处理设备、方法以及计算机程序产品的这些和其它方面，其中：

图1示意性地示出合成PAL视频信号的频谱；

图2示意性地示出连续场的相邻视频行中的样本的子载波相位；

图3A示意性地示出根据本发明的滤波器单元；

图3B示意性地示出图3A的滤波器单元的亮度路径的细节；

图3C示意性地示出图3A的滤波器单元的第一颜色路径的细节；

图3D示意性地示出图3A的滤波器单元的第二颜色路径的细节；

图3E示意性地示出图3A的滤波器单元的标准化路径的细节；

图4A和4B示意性地示出根据本发明的滤波器单元，其包括一个被运动估计器控制的样本获取单元；

图5A和5B示意性地示出根据本发明的滤波器单元，其包括一个被边缘检测单元控制的样本获取单元；

图6示意性地示出根据本发明的滤波器单元，其包括一个再调制单元；

图7示意性地示出根据本发明的滤波器单元以及一个上变换单元；以及

图8示意性地示出根据本发明的图像处理设备。

贯穿所有附图，相同的附图标记用于表示相似的部件。

图1示意性地示出合成PAL视频信号的频谱。为了理解Y/C分离中包含的问题，必须明白用于传输模拟彩色电视信号的标准，诸如ITU-R BT.470中描述的PAL、NTSC和SECAM标准。对于这些标准，对于现存的黑白电视的向后兼容性的要求规定色度(C)的传输必须在对于灰度级(Y)可用的频带内发生。

对于PAL，色度分量U和V被正交地幅度调制在4.43MHZ的子载波频率上。所得到的合成PAL视频信号的一维频谱在图1中示出。另外，V分量的符号(所谓的V开关(V-switch))每隔一行被反转以便减小相位误差的影响。更为正式地，在等式3中描述上面的内容，其中

表示给定场n中的像素位置，F_sc表示子载波频率并且F表示所得到的合成PAL信号。

$F(\stackrel{\→}{x},n)=Y(\stackrel{\→}{x},n)+U(\stackrel{\→}{x},n)\sin \left(2\mathrm{\π}{F}_{\mathrm{sc}}t\right)\±V(\stackrel{\→}{x},n)\cos \left(2\mathrm{\π}{F}_{\mathrm{sc}}t\right)---\left(3\right)$

对于NTSC，稍为不同地定义的色度分量I和Q被正交地幅度调制在3.58MHZ的子载波频率上。由于没有交替的符号被应用于任一色度分量，对于相位误差的灵敏度增加，从而可能导致解码画面的错误的色调。其一维频谱类似于PAL，除了现在可获得的视频带宽被限制于大约4.2MHZ以外。等式4正式地定义NTSC编码：

$F(\stackrel{\→}{x},n)=Y(\stackrel{\→}{x},n)+I(\stackrel{\→}{x},n)\sin \left(2\mathrm{\π}{F}_{\mathrm{sc}}t\right)+Q(\stackrel{\→}{x},n)\cos \left(2\mathrm{\π}{F}_{\mathrm{sc}}t\right)---\left(4\right)$

本说明书的剩下部分讨论PAL合成彩色视频信号的Y/C分离。然而，使用相等的V开关，NTSC的Y/C分离几乎与所描述的PAL信号的分离完全相同。首先提供对现有技术Y/C分离滤波器的简短说明。

在电视接收机处，所需要的Y和C的分离只能是有缺陷的，因为两个分量共享相同的频率空间。早先用于PAL和NTSC合成视频信号的解码器使用两个简单的一维水平滤波器，以便从该合成信号中分离亮度和色度。这些滤波器是所谓的陷波和带通滤波器。

在亮度路径中，陷波滤波器抑制子载波频率附近的频率，以便消除水平色度分量。由于陷波滤波器的小阻带，高频色度分量由于出现在水平有色过渡(colored transition)上所以将被不充分地衰减。这引入从色度到亮度的串扰，从而导致所谓的串亮伪像。此外，亮度分辨率显著地降低，这是由于陷波滤波器抑制了阻带中的任何亮度分量。

在色度路径中，带通滤波器从合成信号中分离高频分量。虽然带通滤波器的通带主要包含色度信息，但是高频亮度也是存在的。此外，将发生串扰，因为高频亮度将被解码为色度，从而导致所谓的串色伪像。

如果水平相邻样本的亮度和色度值是完全相等的，则带通和陷波滤波器可以实现无缺陷的Y/C分离，因为在这里频谱包括子载波频率下的DC亮度分量和色度分量。然而，如果沿水平轴的相关性不足够，则所述频谱包括高频亮度和/或色度分量。现在水平分离是有缺陷的，并且导致解码信号中的串扰伪像。

在其中水平相邻样本是不充分地相关的区域中，另外的用于Y/C分离的方法是理想的。为了这个目的，所谓的梳状滤波器可以被用于沿垂直或时间轴分离亮度和色度。其基本原理类似于标准解码器的原理，也就是通过需要的频率分量并且抑制不需要的频率分量。

然而，亮度和色度现在用f_h(行频率)以及f_v(画面频率)的谐波调制。与所选择的PAL和NTSC的子载波频率一起，这导致在存在充分相关性的方向中的交错且非重叠的亮度和色度频率分量。例如，在画面的非运动区域中，样本沿着时间轴是高度相关的，并且因而亮度和色度分量沿着该轴是交错并且非重叠的。具有在该特定方向中的梳形幅度响应的滤波器因此可以被用于分离亮度和色度。

一个典型的梳状滤波器实现方式使用两个具有相反的相对相位的样本，也就是具有相差180°的相位，以便分离亮度和色度。参见等式1和2。

然而，只有在两个合成样本是从完全相等的Y、U和V值编码的情况下，无缺陷的分离才是可能的。仅仅在这种情况中，亮度和色度频率分量的位置才对应于梳状滤波器的相应位置。因此，沿着梳状滤波方向需要充分的相关性，以便防止解码误差。这类似于水平带通/陷波滤波器，其中沿着水平轴需要充分的相关性。

标准梳状滤波器的固有的缺陷是符合需要的相位关系、并且空间和/或时间相邻的样本的低密度。由于该受限制的样本组，将发生没有一个邻近样本相对于当前样本展现出充分的相关性的情况，因此导致解码视频中的伪像。

图2示意性地示出连续场1A、1B、2A、2B、3A、3B和4A中的相邻视频行313、1、314、2、315和3中的样本202、204、208、210、214和216的子载波相位。这里，箭头等于子载波相位，例如向上指表示0°并且向右指表示90°。除此之外，描述了用于标准梳状滤波器的样本对206、212和218：

-样本202和204的样本对206对应于一个行梳状滤波器；

-样本208和210的样本对212对应于一个帧梳状滤波器；以及

-样本214和216的样本对218对应于一个场梳状滤波器。

图3A示意性地示出根据本发明的滤波器单元300。特别地，图3A示意性地示出一个PAL解码器。向滤波器单元300提供一个合成彩色电视信号CVBS，其包括一个在子载波上调制的色度信号，该子载波位于亮度信号的频谱的高频部分中。滤波器单元300的输出包括一个亮度信号Y、一个第一颜色信号U和一个第二颜色信号V。滤波器单元300包括：

-一个样本获取单元302，其被设置为从所接收的合成彩色电视信号CVBS获得第一样本F₁、第二样本F₂和第三样本F₃并且再生成对应于用于编码视频数据的子载波的三个信号α、β和γ；

-一个第一处理单元304，用于计算第一中间信号Y_n。图3B示意性地示出第一处理单元304的细节；

-一个第二处理单元306，用于计算第二中间信号U_n。图3C示意性地示出第二处理单元306的细节；

-一个第三处理单元308，用于计算一个第三中间信号V_n。图3D示意性地示出第二处理单元308的细节；

-一个第四处理单元310，用于计算第四中间信号D。图3E示意性地示出第四处理单元310的细节；以及

-一个除法单元312，用于基于中间信号Y_n、U_n、V_n和D来计算亮度信号Y、第一颜色信号U和第二颜色信号V。

样本获取单元302、处理单元304-310以及除法单元312可以用一个处理器实现。通常，这些功能在软件程序产品的控制下实现。在执行期间，通常该软件程序产品被加载到一个存储器中，例如RAM，并且从那里执行。该程序可以从一个背景存储器(例如ROM、硬盘或者磁和/或光存储器)中加载，或者可以通过网络(例如因特网)加载。可选择地，一个专用集成电路提供所公开的功能。应注意，不同的处理单元304-310中的正弦和余弦计算单元可以被共享。

滤波器单元300被设置为基于从合成彩色电视信号CVBS中导出的第一样本F₁、第二样本F₂和第三样本F₃来计算一个特定输出像素的输出亮度值、该特定输出像素的第一颜色值以及该特定输出像素的第二颜色值，其中所述第一、第二和第三样本具有相互不同的子载波相位。

所接收的合成样本F(x，n)引入三个未知的变量(即Y、U和V值)以及一个已知值(也就是局部再生成的子载波相位ωt)。基本的代数表明，给出三个线性等式就可以解出这三个未知变量。这意味着从Y、U和V值编码的三个合成样本可以被用于准确地分离Y、U和V分量。然而，在合成样本是从不完全相同的Y、U和V值编码的情况中，无缺陷的分离是不可能的，并且在解码值中将出现误差。

为了更详细地讨论具有非相反相位的样本的解码，应该考虑关于三个合成样本的V开关的两种情况：

-所有三个样本的V开关是完全相等的；或者

-三个样本中的一个相对于其它样本具有不同的V开关。

因此，在具有完全相等的V开关的样本解码与具有不完全相等的V开关的样本解码之间做出区分。虽然下列的计算适用于PAL信号，但是关于具有完全相等的V开关的PAL信号，相同的原理也适用于NTSC。于是，色度分量I和Q代替U和V被使用。

在完全相等的V开关的情况中，考虑从相同的Y、U和V值编码的三个合成样本，如等式5中所示。为了获得三个独立的等式，相位被选择为不相等的，也就是α≠β≠γ。此外，所有V分量的V开关被选择为正的。在所有负的V开关的情况中，情况是完全相同的，除了解码的V分量的符号是反转的之外。

F₁＝Y+U·sin(α)+V·cos(α)

F₂＝Y+U·sin(β)+V·cos(β)                               (5)

F₃＝Y+U·sin(γ)+V·cos(γ)

通过对于Y、U和V分量解出这三个线性等式，获得等式6和7中的表达式。这里，根据三个原始合成样本和它们的对应的子载波相位来表示Y、U和V分量。

$Y_n=\begin{array}{c}+F_1\·\sin \left(\mathrm{\β}\right)\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)-F_1\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)\·\cos \left(\mathrm{\β}\right)\\ +F_2\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)-F_2\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)\\ +F_3\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)\·\cos \left(\mathrm{\β}\right)-F_3\·\sin \left(\mathrm{\β}\right)\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)\end{array}$

$U_n=\begin{array}{c}+F_1\·\cos \left(\mathrm{\β}\right)-F_1\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)+F_2\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)\\ -F_2\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)+F_3\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)-F_3\·\cos \left(\mathrm{\β}\right)\end{array}$

$V_n=\begin{array}{c}+F_1\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)-F_1\·\sin \left(\mathrm{\β}\right)+F_2\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)\\ -F_2\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)+F_3\·\sin \left(\mathrm{\β}\right)-F_3\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)\end{array}$

$D=\begin{array}{c}+\sin \left(\mathrm{\α}\right)\·\cos \left(\mathrm{\β}\right)-\sin \left(\mathrm{\α}\right)\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)\\ +\sin \left(\mathrm{\β}\right)\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)-\sin \left(\mathrm{\β}\right)\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)\\ +\sin \left(\mathrm{\γ}\right)\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)-\sin \left(\mathrm{\γ}\right)\·\cos \left(\mathrm{\β}\right)\end{array}$

其中

$Y=\frac{Y_n}{D},U=\frac{U_n}{D},V=\frac{V_n}{D}$

对于具有不完全相等的V开关的样本可以执行类似的计算。可以区分两种情况：

-一个合成样本的V开关是正的，而其余的样本具有负的V开关；或者

-一个合成样本的V开关是负的，而其余样本具有正的V开关。

第一种情况在等式8中示出，而第二种情况不作讨论，因为除了解码的V分量的符号是反转的之外都是完全相同的。

F₁＝Y+U·sin(α)+V·cos(α)

F₂＝Y+U·sin(β)+V·cos(β)                            (8)

F₃＝Y+U·sin(γ)+V·cos(γ)

通过对于Y、U和V分量解出这些等式，可以获得等式9和10中描述的表达式。

$Y_n=\begin{array}{c}+F_1\·\sin \left(\mathrm{\β}\right)\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)-F_1\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)\·\cos \left(\mathrm{\β}\right)\\ -F_2\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)-F_2\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)\\ +F_3\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)\·\cos \left(\mathrm{\β}\right)+F_3\·\sin \left(\mathrm{\β}\right)\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)\end{array}$

$U_n=\begin{array}{c}+F_1\·\cos \left(\mathrm{\β}\right)-F_1\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)+F_2\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)\\ +F_2\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)-F_3\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)-F_3\·\cos \left(\mathrm{\β}\right)\end{array}$

$V_n=\begin{array}{c}+F_1\·\sin \left(\mathrm{\β}\right)-F_1\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)+F_2\·\sin \left(\mathrm{\γ}\right)\\ -F_2\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)+F_3\·\sin \left(\mathrm{\α}\right)-F_3\·\sin \left(\mathrm{\β}\right)\end{array}$

$D=\begin{array}{c}+\sin \left(\mathrm{\α}\right)\·\cos \left(\mathrm{\β}\right)-\sin \left(\mathrm{\α}\right)\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)\\ +\sin \left(\mathrm{\β}\right)\·\cos \left(\mathrm{\γ}\right)+\sin \left(\mathrm{\β}\right)\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{\γ}\right)\·\cos \left(\mathrm{\α}\right)-\sin \left(\mathrm{\γ}\right)\·\cos \left(\mathrm{\β}\right)\end{array}$

其中

$Y=\frac{Y_n}{D},U=\frac{U_n}{D},V=\frac{V_n}{D}---\left(10\right)$

图4A和4B示意性地示出根据本发明的滤波器单元400，其包括一个由运动估计器402控制的样本获取单元302。滤波器单元400包括一个样本获取单元302以用于从合成彩色电视信号的三个部分获得第一、第二和第三样本，所述三个部分对应于三个连续的图像。样本获取单元302由计算运动矢量的运动估计器402控制，所述运动矢量表示三个连续图像的各部分之间的运动。在图4A中示出了运动估计器402，其被提供有合成彩色电视信号CVBS。在图4B中，示出一个替换实现方式。在后面的情况中，运动估计器402被提供一个亮度信号，其是通过由初始分离滤波器404执行的初始Y/C分离而获得的。该初始分离滤波器404可以基于上面讨论的任何已知类型的Y/C分离滤波器，例如水平带通/陷波滤波器或者梳状滤波器。

图5A和5B示意性地示出根据本发明的滤波器单元500，其包括一个由边缘检测单元502控制的样本获取单元302。滤波器单元500包括一个样本获取单元302以用于从合成彩色电视信号的三个部分获得第一、第二和第三样本，所述三个部分对应于单个图像。所述样本获取单元由一个用于检测该单个图像中的边缘的指向的边缘检测单元502控制。在图5A中示出被提供有合成彩色电视信号CVBS的该边缘检测单元502。在图5B中示出一个替换实现方式。在后者中，边缘检测单元502被提供一个亮度信号，该亮度信号是通过由初始分离滤波器504执行的初始Y/C分离获得的。初始分离滤波器504可以基于上面讨论的任何已知类型的Y/C分离滤波器，例如一个水平带通/陷波滤波器或者一个梳状滤波器。

图6示意性地示出根据本发明的滤波器单元600，其包括：

-一个第一低通滤波器602，用于滤波两个颜色信号中的第一个U；

-一个第二低通滤波器604，用于滤波两个颜色信号中的第二个V；

-一个连接到该第一低通滤波器602和该第二低通滤波器604的调制器606，用于再调制两个颜色信号中的已滤波的第一个U_LPF和两个颜色信号中的已滤波的第二个V_LPF；以及

-一个减法单元608，用于从合成彩色电视信号CVBS中减去调制器606的输出，从而得到亮度信号Y。

第一低通滤波器602和第二低通滤波器604具有与应用于PAL编码器中的低通滤波器相匹配的特性，也就是1.3MHZ，并且调制器606被设置为利用应用于PAL编码器中的子载波来进行调制。在根据本发明的该实施例中，两个已滤波的颜色信号U_LPF和V_LPF不包括或几乎不包括在编码之前不存在于原始彩色信号中的频率分量。此外，亮度信号在由一个视频编码单元(即PAL编码器)编码之前也更好地匹配原始亮度信号。

图7示意性地示出根据本发明的滤波器单元700和一个上变换单元702，其被设置为基于对从合成彩色电视信号中提取的样本的插值来计算第一、第二和第三样本。通过插值，产生可以应用来计算输出颜色和亮度信号的更多候选样本或者解码选项。换句话说，存在具有相对高的相关性的样本的可能性进一步增加了。

应注意，结合图4、5、6和7说明的不同特征可以被组合。可选择地，样本获取单元302被边缘检测单元502和运动估计器402控制。此外，包括这样的样本获取单元302的滤波器单元可以包括一个上变换单元702和/或与调制器606和减法单元608相组合的低通滤波器602和604，该样本获取单元302由边缘检测单元502和运动估计器402控制。

图8示意性地示出根据本发明的图像处理设备800，其包括：

-接收装置802，用于接收一个表示输入图像的信号。

-如结合图3A、4、5、6和7所描述的滤波器单元300、400、500、600、700；以及

-显示装置804，用于显示由所述亮度信号和两个颜色信号表示的图像。

该信号可以是通过天线或电缆接收的广播信号，但是也可以是从存储装置(例如VCR(盒式磁带录像机)或数字通用盘(DVD))得到的信号。该信号在输入连接器810处被提供。图像处理设备800可以是例如一个TV。或者，图像处理设备804不包括可选的显示装置，而是将输出图像提供到包括显示装置804的设备。图像处理设备400可以是例如一个VCR播放器。可选择地，图像处理设备800包括存储装置，例如硬盘或者用于在可可移动介质(例如光盘上)进行存储的装置。

应注意，上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域的熟练技术人员能设计出不脱离所附权利要求范围的可替换的实施例。在权利要求书中，任何放置在括号中的附图标记不应被理解为限制该权利要求。“包括”一词不排除存在没有在权利要求中列出的元件或步骤。在元件前面的“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以通过包括几个分离元件的硬件以及通过适当编程的计算机来实现。在列举几个装置的装置权利要求中，这些装置中的几个可以通过同一硬件项实现。

Claims (10)

1、一种亮度和颜色分离滤波器单元(300、400、500、600、700)，用于从一个合成彩色电视信号(CVBS)中提取一个亮度信号(Y)和两个颜色信号(U、V)，该合成彩色电视信号包括一个被调制在一个子载波上的色度(C)信号，该子载波位于该亮度信号(Y)的频谱的高频部分中，其特征在于，该滤波器单元(300、400、500、600、700)被设置为基于从该合成彩色电视信号(CVBS)导出的第一样本(F₁)、第二样本(F₂)和第三样本(F₃)来计算一组值当中的至少一个值，该组值包括一个特定输出像素 的输出亮度值 该特定输出像素 的第一颜色值

以及该特定输出像素

的第二颜色值其中所述第一样本(F₁)、第二样本(F₂)和第三样本(F₃)具有相互不同的子载波相位。

2、根据权利要求1中所述的亮度和颜色分离滤波器单元(400)，其特征在于，该滤波器单元(400)包括一个样本获取单元(302)，用于从所述合成彩色电视信号的三个部分获得第一样本(F₁)、第二样本(F₂)和第三样本(F₃)，所述三个部分对应于三个连续图像，该样本获取单元(302)由一个用于计算运动矢量的运动估计器(402)控制，所述运动矢量表示所述三个连续图像的各部分之间的运动。

3、根据权利要求1中所述的亮度和颜色分离滤波器单元(500)，其特征在于，该滤波器单元(500)包括一个样本获取单元(302)，用于从所述合成彩色电视信号的三个部分获得第一样本(F₁)、第二样本(F₂)和第三样本(F₃)，所述三个部分对应于单个图像，该样本获取单元(302)通过用于估计该单个图像中的边缘指向(502)的装置来控制。

4、根据权利要求1中所述的亮度和颜色分离滤波器单元(600)，其特征在于包括：

-一个第一低通滤波器(602)，用于滤波所述两个颜色信号中的第一个(U)；

-一个第二低通滤波器(604)，用于滤波所述两个颜色信号中的第二个(V)；

-一个连接到该第一低通滤波器(602)和该第二低通滤波器(604)的调制器(606)，用于再调制所述两个颜色信号中的已滤波的第一个(U_LPF)和所述两个颜色信号中的已滤波的第二个(V_LPF)；以及

-一个减法单元(608)，用于从该合成彩色电视信号(CVBS)中减去该调制器(606)的输出。

5、根据权利要求1所述的亮度和颜色分离滤波器单元(700)，其特征在于包括一个空间上变换单元(702)，用于基于对从所述合成彩色电视信号提取的样本的插值来计算所述第一样本(F₁)、第二样本(F₂)和第三样本(F₃)。

6、一种图像处理设备(800)，包括：

-接收装置(802)，用于接收一个合成彩色电视信号，该合成彩色电视信号包括一个被调制在一个子载波上的色度信号，该子载波位于一个亮度信号的频谱的高频部分中；以及

-一个亮度和颜色分离滤波器单元(300、400、500、600、700)，用于从该合成彩色电视信号中提取所述亮度信号和所述两个颜色信号，其特征在于，该滤波器单元(300、400、500、600、700)被设置为基于从该合成彩色电视信号中导出的第一、第二和第三样本来计算一组值当中的至少一个值，该组值包括一个特定输出像素的输出亮度值、该特定输出像素的第一颜色值和该特定输出像素的第二颜色值，其中所述第一、第二和第三样本具有相互不同的子载波相位。

7、根据权利要求6中所述的图像处理设备(800)，还包括一个显示装置(804)，用于显示由所述亮度信号和所述两个颜色信号表示的图像。

8、根据权利要求7所述的图像处理设备(800)，其特征在于它是一个TV。

9、一种从一个合成彩色电视信号中提取一个亮度信号和两个颜色信号的方法，该合成彩色电视信号包括一个被调制在一个子载波上的色度信号，该子载波位于该亮度信号的频谱的高频部分中，其特征在于基于从该合成彩色电视信号导出的第一、第二和第三样本来计算一组值当中的至少一个值，该组值包括一个特定输出像素的输出亮度值、该特定输出像素的第一颜色值和该特定输出像素的第二颜色值，其中所述第一、第二和第三样本具有相互不同的子载波相位。

10、一种由计算机装置加载的计算机程序产品，包括用于从一个合成彩色电视信号中提取一个亮度信号和两个颜色信号的指令，该合成彩色电视信号包括一个被调制在一个子载波上的色度信号，该子载波位于该亮度信号的频谱的高频部分中，该计算机装置包括处理装置和一个存储器，该计算机程序产品在被加载后为所述处理装置提供执行下列步骤的能力：基于从该合成彩色电视信号导出的第一、第二和第三样本来计算一组值当中的至少一个值，该组值包括一个特定输出像素的输出亮度值、该特定输出像素的第一颜色值和该特定输出像素的第二颜色值，其中所述第一、第二和第三样本具有相互不同的子载波相位。

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