CN1810045A - 亮度和颜色分离 - Google Patents

Abstract

一种用于从复合彩色电视信号(CVBS)中抽取出一个亮度信号(Y)和两个颜色信号(U，V)的亮色分离滤波单元(300)。该滤波单元(300)包括：获取装置(302)，用于获得与第一像素对应的复合彩色电视信号的第一采样，和与第一像素相邻的其它像素对应的复合彩色电视信号的其它采样；相关度估计装置(304)，用于估计表示第一采样和相应的其它采样之间的相关度的第一组相关值；罚减额估计装置(306)，用于估计表示第一采样和相应的其它采样之间的关系的第二组罚减额值；计算装置(308)，通过组合第一组值和第二组值的相应元素来计算第三组合并值；选择装置(310)，用于根据对应的合并值与第三组合并值中的其它合并值进行比较，选择复合彩色电视信号的特定采样；以及解码装置(312)，用于根据第一采样和特定采样，确定与第一像素对应的一个最终的亮度值和两个颜色值。

Description

亮度和颜色分离

技术领域

本发明涉及一种从复合彩色电视信号中抽取出一个亮度信号和两个颜色信号的亮色分离过滤单元，该复合彩色电视信号包括调制在子载波上的色度信号，上述子载波位于亮度信号频谱的高频部分。

本发明此外还涉及一种图像处理设备，包括：

-用于接收复合彩色电视信号的接收装置，该复合彩色电视信号包括调制在子载波上的色度信号，上述子载波位于亮度信号频谱的高频部分；以及

-用于从复合彩色电视信号中抽取一个亮度信号和两个颜色信号的亮色分离过滤单元。

本发明此外还涉及一种从复合彩色电视信号中抽取出一个亮度信号和两个颜色信号的方法，该复合彩色电视信号包括调制在子载波上的色度信号，上述子载波位于亮度信号频谱的高频部分。

本发明此外还涉及一种由计算机设备装载的计算机程序产品，该计算机产品包括从复合彩色电视信号中抽取出一个亮度信号和两个颜色信号的指令，该复合彩色电视信号包括调制在子载波上的色度信号，上述子载波位于亮度信号频谱的高频部分。

背景技术

随着HDTV设备正在变得很容易在很多市场中买到，数字电视正在迅速获得普及。但是，在可预知的未来，模拟电视应该仍然是最重要的电视标准。随着具有相当高分辨率的越来越多的电视机的出现，人们期望不断提高解码模拟电视信号的质量。

仍旧存在于模拟电视中的许多视觉假象是由于复合彩色视频信号中的亮色不完全分离造成的。由于色度分量是通过将其调制在亮度频谱的高频部分的子载波(即附图1中所示的灰度值频谱)上传送的，因此亮色分离是必须的。由于两个分量共享相同的频谱空间，因此它们的分离在接收机端只能是不完全的，并且经常造成称为串色和串亮的视觉假象。

第一种类型的低成本PAL和NYSC解码器使用水平带通/陷波滤波器进行Y/C分离。参见《视频解密，数字工程师手册第3版(Videodemystified：a handbook for digital engineer 3^rd edition)》，作者：K.Jack，Eagle Rock：LLH Technical Publishing，2001，ISBN1-878707-56-6的第428-433页。这里亮度路径中的陷波滤波器抑制了大多数色度信号，但是也削弱了高频亮度信号。与此类似，色度路径中的带通滤波器使色度信号通过，但是也使高频亮度通过。因此，这些解码器会遭受水平亮度分辨率的损失和强串亮和串色假象的不良影响。

第二种类型的更为先进的解码器目的在于通过使用所谓的梳状滤波器来改善Y/C分离。参见《用于PAL TV信号的三维前-和后-滤波(Three-dimensional pre-and post-filtering for PAL TV signal)》，作者：D.Teichner，IEEE消费电子学报，第34(1998)卷，第1册，第205-227页。这种类型的解码器使用特定的在垂直方向上或时间上相邻的采样的相反的子载波相位来将色度与亮度分离。基本原理可以通过取复合PAL采样F₁(F₁是在任意相位上编码的)：

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

和在180°+上编码的第二采样F₂(假设利用相同的亮度和色度值进行编码)：

F₂＝Y+Usin(+180°)+Vcos(+180°)

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

来加以解释。现在，F₁和F₂相加再除以2得到分离出的亮度Y，而F₁和F₂相减再除以2就得到经过调制的色度Usin()+Vcos()。这意味着，如果F₁和F₂确实是由高度相关的YUV值编码得来的，则完美的Y/C分离是可以实现的。

当前的技术水平下的梳状滤波器通过沿着最高的检测出的相关性的方向进行滤波自适应地组合各种空间和时间梳状滤波器。参见《视频信号传送(Video-Signalverarbeitung)》，作者：C.Hentschel，Stuttgart：Teubner，1998，ISBN3-519-06250-X的第115-118页。(也参见附图2)。但是，尤其是在垂直细节和/或移动区域中，由于需要相反的子载波相位，可用的梳状滤波方向经常是非常有限的。因此，即使现代的3D梳状滤波也会受到串扰假象和分辨率损失的不良影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种在开始段落中提到的具有改进的亮度和色度分离的滤波单元。

本发明的目的通过以下的滤波单元实现，包括：

-获取装置，用于获得与第一像素对应的复合彩色电视信号的第一采样，和与第一像素相邻的其它像素对应的复合彩色电视信号的其它采样；

-相关度估计装置，用于根据亮度信号近似值从复合彩色电视信号中的初始分离来估计表示第一采样和相应的其它采样之间的相关度的第一组相关值；

-罚减额估计装置，用于估计表示第一采样和相应的其它采样之间的关系的第二组罚减额值；

-计算装置，通过组合第一组相关值和第二组罚减额值的相应元素来计算第三组合并值；

-选择装置，用于根据对应合并值与第三组合并值中的其它合并值进行比较，选择复合彩色电视信号的特定采样；以及

-解码装置，用于根据第一采样和特定采样，确定与第一像素对应的包括一个最终的亮度值和两个色度值的一组值中的至少一个最终值。

在现有技术的滤波单元中，例如基于梳状滤波器的滤波单元，选定的解码选择(即特定采样)仅取决于第一采样和特定采样之间的相关性。对于标准的二采样滤波单元中的第一采样的Y/C分离，需要一个与第一采样相比具有预定的子载波相位差的附加采样。但是满足以上条件的采样的数目相对受限。除此之外，例如，在存在许多图像细节或运动的情况下，第一采样和特定采样之间的实际相关相对很小。

在根据本发明的滤波单元中，通过应用一个候选采样的扩展组，即解码选择来使用一个更为一般的方法。最接近的采样(即特定采样)的选择取决于两个第一采样和特定采样之间的相关性，并且取决于一个对应的罚减额值。因此，在与第一采样对应的像素的一个预定的空间或时间相邻范围内，与一个像素对应的第一采样和特定采样被作用而采样滤波单元的输入。根据本发明的滤波单元的根本原则是梳状滤波最适用于表现出最高一致性的采样，而不论它们精确的空间和时间方向如何。这意味着在精确的相位要求，例如180度差，和相关性之间存在一个折衷，例如，一个特定采样和第一采样可能具有非相反的子载波相位，但是子载波相位的差是例如170度。在这种情况下，可能由于某采样具有高的相关值而被选择为特定采样，但是子载波的相位差是170度。这种方法极大的提高了解码选择，并且因此提高了解码质量。

在根据本发明的一个实施例中，相关估计装置被配置成通过计算第一亮度值和第二亮度值之间的差来计算第一个相关值，第一亮度值属于第一像素，并且由亮度信号的近似值的第一采样表示，第二亮度值属于临近第一像素的第二像素，并且由亮度信号的近似值的第二采样表示。或者，应用色度值来估计第一个相关值。亮度信号的近似值通过初始分离滤波器执行的初始Y/C分离获得。初始分离滤波器可以基于如上所述的任何一种已知类型的Y/C分离滤波器，例如水平带通滤波器/陷波滤波器或已知的梳状滤波器。

在根据本发明的一个实施例中，罚减额估计装置被配置成通过计算第一像素和临近第一像素的一个第二像素之间的距离来计算第一个罚减额值。像素之间的距离是一个近似的测量值，用于确定将被应用于Y/C分离的对应采样的适应性。时间或者空间差越大，该采样就越不适宜。

在根据本发明的一个实施例中，罚减额估计装置被配置成通过以下方式计算第一个罚减额值：

-计算与第一像素对应的复合彩色电视信号的第一采样的第一子载波相位和与第一像素相邻的其它像素对应的第一个其它采样的第二子载波相位之间的第一差；以及

-计算第一差和一个预定值之间的第二差。

对于一个二采样滤波单元，预定的值对应于180度。对于一个三采样滤波单元，预定的值对应于120度。在后者的情况下，解码装置被配置成根据第一采样，特定采样和与临近第一像素的其他像素对应的另一个其它采样，确定最后的亮度值和两个色度值。同最合适的子载波相位之间的偏移是用于确定将被应用于Y/C分离的相关采样的合适度的相对较好的标准。同最佳子载波相位之间的偏移的计算是直接进行的。

在根据本发明的一个实施例中，临近第一像素的其他像素位于集中在第一像素周围的一个窗口内，并且位于第一像素所属的第一场内。或者，临近第一像素的其他像素的第一部分位于集中在第一像素周围的窗口内，并且位于第一像素所属的第一场内，临近第一像素的其他像素的第二部分位于第二窗口内，第二窗口位于第二场内。第一种选择是第一像素和中心像素具有相互相等的坐标。第二种选择是第一像素和中心像素沿着一条运动轨迹排列。这意味着第一像素的坐标和中心像素的坐标之间的差由一个运动矢量确定，该运动矢量表示部分第一场和第二场之间的运动。应用与多个场对应的多个窗口的优点在于选择一个合适的采样的可能性相对较高。

本发明的另一个目的是提供一种在开始段落中描述的具有一个改进的两色分离的图像处理设备。

本发明的这一目的通过滤波单元来实现，该滤波单元包括：

-获取装置，用于获得与第一像素对应的复合彩色电视信号的第一采样，和与第一像素相邻的其它像素对应的复合彩色电视信号的其它采样；

-相关度估计装置，用于根据亮度信号近似值从复合彩色电视信号中的初始分离来估计表示第一采样和相应的其它采样之间的相关度的第一组相关值；

-罚减额估计装置，用于估计表示第一采样和相应的其它采样之间的关系的第二组罚减额值；

-计算装置，通过组合第一组相关值和第二组罚减额值的相应元素来计算第三组合并值；

-选择装置，用于根据对应合并值与第三组合并值中的其它合并值进行比较，选择复合彩色电视信号的特定采样；以及

-解码装置，用于根据第一采样和特定采样，确定与第一像素对应的包括一个最终的亮度值和两个色度值的一组值中的至少一个最终值。

可选的，图像处理设备包括一个显示装置，用于显示由一个亮度信号和两个色度信号所表示的图像。该图像处理设备可以是一个TV。

本发明的另一个目的是提供一种在开始段落中描述的，能够带来改进的亮色分离的方法。

本发明的这一目的这样来实现，该方法包括：

-获得与第一像素对应的复合彩色电视信号的第一采样，和与第一像素相邻的其它像素对应的复合彩色电视信号的其它采样；

-根据亮度信号近似值从复合彩色电视信号中的初始分离，估计代表第一采样和相应的其它采样之间的相关度的第一组相关度值；

-估计代表第一采样和相应的其它采样之间的关系的第二组罚减额值；

-通过组合第一组相关值和第二组罚减额值的相应元素来计算第三组合并值；

-根据对应的合并值与第三组合并值中的其它合并值进行比较，选择复合彩色电视信号的一个特定采样；以及

-根据第一采样和特定采样，确定与第一像素对应的包括一个最终的亮度值和两个颜色值的一组值的至少一个最终值。

本发明的又一个目的是提供一种在开始段落中描述了能够产生改进的亮度和色度分离的计算机程序产品。

本发明的目的是这样实现的，该计算机程序产品在装载以后为所述的处理装置提供执行以下功能的能力：

-获得与第一像素对应的复合彩色电视信号的第一采样，和与第一像素相邻的其它像素对应的复合彩色电视信号的其它采样；

-根据亮度信号近似值从复合彩色电视信号中的初始分离，估计代表第一采样和相应的其它采样之间的相关度的第一组相关度值；

-估计代表第一采样和相应的其它采样之间的关系的第二组罚减额值；

-通过组合第一组相关值和第二组罚减额值的每个元素来计算第三组合并值；

-根据对应的合并值与第三组合并值中的其它合并值进行比较，选择复合彩色电视信号的一个特定采样；以及

-根据第一采样和特定采样，确定与第一像素对应的包括一个最终的亮度值和两个颜色值的一组值的至少一个最终值。

滤波单元的各种变形可以对应于上述方法的各种改变和变形。

根据本发明的滤波单元，图像处理装置，方法以及计算机程序产品的这些和其他方面将在下文中参照附图对实现方式和实施例的描述中变得清楚明了。

附图说明

附图1示意性的表明了复合PAL视频信号的频谱；

附图2示意性的表明了连续场的相邻视频行中的采样的子载波相位；

附图3示意性的表明了根据本发明的一个滤波单元的实施例；

附图4示意性的表明了根据本发明的一个滤波单元的另一个实施例，该例中滤波单元基于一个三采样解码方案；

附图5A示意性的表明了在下一场，当前场和先前场的固定位置处的候选对象窗口；

附图5B示意性的表明了在下一场，当前场和先前场的运动补偿位置处的候选对象窗口；

附图6示意性的表明了根据本发明的滤波单元的另一个实施例，该例被配置成从解码色度信号中导出亮度信号；以及

附图7示意性的表明了根据本发明的图像处理设备。

在全部附图中，相同的参考数字表示相同的部件。

具体实施方式

附图1示意性地给出了复合PAL视频信号的频谱。

为了了解Y/C分离所涉及的问题，应当理解模拟彩色电视信号的传输标准，例如ITU-R BT.470中描述的PAL，NTSC，SECAM标准。对于这些标准，要求能够对已经存在的黑白电视信号向后兼容表明，色度信号(C)的传输必须发生在灰度级(Y)可用的带宽内。

对于PAL，色度分量U和V正交幅度调制到4.43Mhz的子载波上。所产生的复合PAL视频信号的一维频谱在图1中示出。此外，V分量的符号，即所谓的V-转换，每隔一行倒相一次，从而降低相位误差的影响。在等式3中对上述情况进行了更为形式化的描述，其中

表示给定场n的像素位置，F_sc表示子载波频率，F表示产生的复合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，稍微不同定义的色度分量I和Q正交幅度调制到3.58Mhz的子载波上。由于没有对每个色度分量进行符号交替，因此对相位误差更加敏感，这导致了解码画面的错误色调。其一维频谱与PAL相似，只是可用的视频带宽被限制在大约4.2Mhz。等式4从形式上定义了NTSC编码：

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

本说明书的剩余部分将讨论PAL复合彩色视频信号的Y/C分离。但是，NTSC信号的Y/C分离几乎与所述的具有等值V转换的PAL信号的分离相同。下面首先给出现有Y/C分离滤波器的简短介绍。

在电视接收机中，由于Y和C分量共享同一频谱空间，因此所需的Y/C分离只能是不完全的。较早的PAL和NTSC复合视频信号的解码器使用两个简单的一维水平滤波器从复合信号中分离亮度和色度。这些滤波器是所谓的陷波滤波器和带通滤波器。

在亮度路径中，陷波滤波器抑制接近子载波的频率从而消除水平色度分量。由于陷波滤波器的阻带较小，在水平颜色过渡中出现的高频色度分量不能得到充分衰减。这引入了从色度到亮度的串扰，导致了所谓的串亮(cross-luminance)假象。而且，由于陷波滤波器抑制阻带内的任何亮度分量，因此亮度分辨率明显降低。

在色度路径中，带通滤波器从复合信号中分离高频分量。尽管带通滤波器的通带包括大部分色度信息，但还是存在高频亮度。同样，由于将会把高频亮度解码为色度，因此会再次出现串扰，导致所谓的串色(cross-color)假象。

如果水平相邻采样的亮度和色度值相同，由于这里的频谱由子载波频带上的DC亮度分量和色度分构成，因此带通和陷波滤波器能够实现完美的Y/C分离。但是，如果沿着水平轴方向上的相关度不充分，频谱将包括高频亮度和/或色度分量。现在，水平分离是不完全的，并且会在解码信号造成串扰假象。

在水平相邻采样不完全相关的区域，希望有额外的用于Y/C分离的方法。为此，可以使用所谓的梳状滤波器来沿着垂直或时间轴分离亮度和色度。它们的基本原理类似于标准解码器，即，使期望的频率分量通过，抑制不期望的频率分量。

但是，目前亮度和色度是利用f_h(即行频)和f_v(即画面频率)的谐波调制的。连同PAL和NTSC的选定子载波频率一起，在存在充分相关度的方向上导致亮度和色度频率分量相间而不重叠。例如，在画面的非运动区域，采样沿着时间轴高度相关，因此，亮度和色度分量沿着该轴相间而不重叠。在该特定方向上具有梳状幅度响应的滤波器能够被用于分离亮度和色度。

典型的梳状滤波器实现方式使用具有相反的相对相位，即具有180度相位差的两个采样来分离亮度和色度。参见等式1，2。

但是，只有在两个复合采样是利用相同的Y，U，V值编码的情况下才能实现完美的分离。只有在这种情况下，亮度和色度频率分量的位置与梳状滤波器对应。因此，需要沿着梳状滤波方向充分相关，以防止解码误差。对于水平带通/陷波滤波器来说是类似的，在沿着水平轴的方向上需要充分相关。

标准的梳状滤波器的固有的缺陷是满足所需相位关系并且时间和/或空间相邻的采样的密度低。由于该组受限制的采样，将会出现任一个相邻的采样都不会表现出对于当前采样充分相关，从而在解码视频中产生假象。

附图2示意性地给出了连续场的1A，1B，2A，2B，3A，3B和4A的相邻视频行313，1，314，2，315和3上的采样204，204，208，210，214和216的子载波相位。这里，箭头等于子载波相位，例如指向上表示0度，指向右表示90度。除此之外，图中表示的采样对206，212和218用于标准的梳状滤波：

-采样202和204的采样对206相当于行梳状滤波器；

-采样208和210的采样对212相当于帧梳状滤波器；

-采样214和216的采样对218相当于场梳状滤波器。

附图3示意性地给出了根据本发明的一个滤波单元300的实施例。具体来说附图3中示意性地给出了一个PAL解码器。为滤波单元300提供复合彩色电视信号CVBS，该复合彩色电视信号包括调制到位于亮度信号的高频部分内的子载波上的色度信号。滤波单元300的输出包括一个亮度信号Y，第一颜色信号U和第二颜色信号V。滤波单元300包括：

-获取单元302，用于获得与第一像素对应的复合彩色电视信号的第一采样，和与第一像素相邻的其它像素对应的复合彩色电视信号的其它采样；

-相关度估计单元304，用于根据亮度信号近似值从复合彩色电视信号中的初始分离结果来估计表示第一采样和相应的其它采样之间的相关性的第一组相关值；

-罚减额估计单元306，用于估计表示第一采样和相应的其它采样之间的关系的第二组罚减额值；

-计算单元308，通过组合第一组相关值和第二组罚减额值的相应元素来计算第三组合并值；

-选择单元310，用于根据对应的合并值与第三组合并值中的其它合并值相比，选择复合彩色电视信号的特定采样；

-解码单元312，用于根据第一采样和特定采样，确定包括与第一像素对应的一个最终的亮度值和两个颜色值的一组值的至少一个最终值；以及

-初始分离滤波器314。

采样获取单元302，相关估计单元304，罚减额估计单元306，计算单元308，选择单元310，解码单元312以及初始分离滤波器314可以使用一个处理器来实现。通常，这些功能是在软件程序产品的控制下执行的。在执行过程中，通常软件程序产品被装载到一个诸如RAM的存储器中并从其上执行。该程序可以从背景存储器，例如ROM，硬盘，或者磁和/或光存储器下载或者通过互联网之类的网络下载。根据需要，专用集成电路可以实现上述公开的功能。

接下来将解释说明根据本发明的滤波单元300的工作过程。滤波单元300的一个重要方面是选择相关采样。这一选择基于复合彩色电视信号CVBS的特性。在这种情况下，选择是以每个采样为基础执行的。这意味着对于每个将被解码的第一采样，选择最合适的附加采样，即特定采样。最合适的采样是这样确定的：

-相关估计单元304计算的相关值，因为不充分相关的采样会产生解码错误；以及

-罚减额估计单元306计算的罚减额值。罚减额取决于相位测量并且根据需要还取决于距离测量。空间和/或时间相邻采样与当前采样之间的相关性通常应该比非相邻采样高。因此，应避免较大的空间和/或时间距离。

按照相位，根据需要还有距离和可获得的相关性信息，直接的方法是将该标准应用于空间和/或时间相邻采样：所谓的候选对象组，候选对象组是获取单元302产生的。借助选择单元310在该候选对象组中选择的最佳采样或候选对象作为解码单元312的输入，从而解码当前的CVBS采样。

但是，确定采样之间的相关性构成了一个“鸡生蛋还是蛋生鸡”的问题：为了解码彩色电视信号CVBS，需要知道采样之间的相关性，而反过来采样之间的相关性仅在解码之后才能获得。为了打破这一循环，滤波过程是由初始分离来启动的，初始分离是由初始分离滤波器314执行的，该滤波器基于例如水平带通/陷波滤波器的组合。尽管这种初始滤波远远不够完美，但是实验确认已经表明了它对上述目的适宜性。

候选对象窗口的精确尺寸由水平和垂直边界t_x和t_y来确定的，如等式5所示。同样，F 是给定场n内像素位置

上的复合采样。

$C(\stackrel{\→}{x},n+m)=\left\{F\right(\stackrel{\→}{x}+\left(\begin{array}{c}i\\ j\end{array}\right),n+m\left)\right\}---\left(5\right)$

其中

i∈{-t_x，...t_x}，j∈{-t_y，...t_y}               (6)

如果仅使用空间候选对象，即m＝0，得到等式7，即完整候选对象组CS等于空间候选对象组C

$\mathrm{CS}=\left\{C(\stackrel{\→}{x},n)\right\}---\left(7\right)$

不过，CS可能是由空间以及时间候选对象组成的。例如，考虑等式8和附图5A中给出的候选对象组，其中候选对象来源于前一、当前和下一场内的候选对象窗。

$\mathrm{CS}=\{C(\stackrel{\→}{x},n+1),C(\stackrel{\→}{x},n),C(\stackrel{\→}{x},n-1)\}---\left(8\right)$

与时间窗以当前的空间位置为中心相反，最好使用运动补偿，通过沿着运动轴定位时间窗来提高时间候选对象的相关性。在等式9和附图5B中对此进行了图解说明，其中D 描述从场n到场n+1的像素位置 处的采样的位移。假设从场n到场n-1的位移是-D

即线性移动。

$\mathrm{CS}=\left\{\begin{array}{c}C(\stackrel{\→}{x}+D(\stackrel{\→}{x},n),n+1),\\ C(\stackrel{\→}{x},n),\\ C(\stackrel{\→}{x}-D(\stackrel{\→}{x},n),n-1)\end{array}\right\}---\left(9\right)$

由于等待时间的增加，不希望梳状滤波器使用下一场。因此，仅使用先前场的各种结构都是可行的。在等式10中显示了三个例子，其中分别特别规定了帧和场梳状滤波器、仅场梳状滤波器和仅帧梳状滤波器。

$\mathrm{CS}=\{C(\stackrel{\→}{x},n),C(\stackrel{\→}{x},n-1),C(\stackrel{\→}{x},n-2)\}$

$\mathrm{CS}=\{C(\stackrel{\→}{x},n),C(\stackrel{\→}{x},n-1)\}$

$\mathrm{CS}=\{C(\stackrel{\→}{x},n),C(\stackrel{\→}{x},n-2)\}---\left(10\right)$

合并值的计算是根据相关值和相位计算按照如下方式进行的。给定CSMAX候选对象的候选对象组CS，作为与当前采样的相位关系和相关性的函数，将合并值赋予每个候选对象。如等式11所示，其中为每个候选对象CS_i，i∈(i...CSMAX)计算合并值ε_i。合并值等于相关度值L(CS_i，F₁)和相位罚减额P(CS_i)的加权和，其中α₁和α₂分别相当于各个加权因子：

ε_i＝(CS_i，F₁)＝α₁·L(CS_i，F₁)+α₂·P(CS_i)       (11)

$F_1=F(\stackrel{\→}{x},n)---\left(12\right)$

以简单的方式将相关度值计算为最初分离出来的亮度值的绝对差，如等式13所示。

L(CS′_i，F₁)＝|Y_inlt(F₁)-Y_inlt(CS₁)|              (13)

相位罚减额背后的基础思想是没有造成相关噪声放大的相位差应当产生最小的罚减额值。对于二采样梳状滤波器内核，情况被简化为存在严格相位要求。在相同的V-转换的情况下，二采样梳状滤波器需要一个相反的相对相位，即180度的相位差，而在不相同V-转换的情况下，只有采样的绝对相位相反，梳状滤波器才有可能使用二个采样。

首先，指定F₁的子载波相位＜(F₁)。根据下式确定从相对相位β从[0，2π]转换的标准化的相位差β_n：

β＝|∠(CS_i)-∠(F₁)|

${\mathrm{\β}}_n=\left\{\begin{array}{cc}2\mathrm{\π}-\mathrm{\β},& \mathrm{if}{\mathrm{\β}}_n>\mathrm{\π}\\ \mathrm{\β},& \mathrm{else}\end{array}\right.---\left(14\right)$

然后，可以将对具有相同V-转换采样的相位罚减额定义为：

反过来，对具有不相同V-转换的采样的相位罚减额为：

$P\left({\mathrm{CS}}_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if}\∠\left({\mathrm{CS}}_i\right)=-\∠\left(F_1\right)\\ 1,& \mathrm{else}\end{array}\right.---\left(16\right)$

在为候选对象组CS中为CSMAX候选对象确定了罚减额后，选择最佳候选对象，即具有最低组合值的候选对象作为特定的采样F₂。现在可以通过二采样梳状滤波器内核(即解码单元312)解码F₁和F₂。

根据需要，滤波单元300包括上采样单元316，该单元被设计成通过内插来实现具有增强密度的采样网格。在一个给定的空间距离内，与原始的采样网格相比可以获得k倍候选对象，其中k是上采样因子。因此，候选对象的数量增加了，而避免了由于空间距离增加造成的相关性恶化。

除了基于二采样进行解码以外，还有基于三采样的解码技术。参照附图4描述后一种类型的根据本发明的滤波器。首先，解释基于三采样的解码，然后介绍选择三个合适采样的方法。

附图4示意性地给出了根据本发明的滤波器单元的另一个实施例，该例基于三采样解码方案。为滤波单元400提供复合彩色电视信号CVBS，该信号包括一个被调制到位于亮度信号的频谱的高频部分的子载波上的色度信号。滤波单元400的输出包括一个亮度信号Y，第一颜色信号U和第二颜色信号V。滤波单元400包括：

-采样获取单元402，该单元设置成从接收到的复合彩色电视信号CVBS中获得第一F₁，第二F₁和第三F₃采样，并且再产生与用于编码视频数据的子载波对应的三个信号α，β和γ；

-第一处理单元404，用于计算第一中间信号Y_n；

-第二处理单元406，用于计算第二中间信号U_n；

-第三处理单元408，用于计算第三中间信号V_n；

-第四处理单元410，用与计算第四中间信号E；以及

-除法单元412，用于根据中间信号Y_n，U_n，V_n和E计算亮度信号Y、第一颜色信号U和第二颜色信号V。

滤波单元400被配置成根据从复合彩色电视信号CVBS导出的第一F₁，第二F₁和第三F₃采样计算特定输出像素的输出量度值、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，其中第一，第二和第三采样具有相互间不同的子载波相位。

接收到的复合采样F

引入了三个未知变量，即Y，U和V的值，和一个已知的值，即本地再生的子载波相位ωt；基本代数学表明，给定三个线性等式，能够解出三个未知变量。这意味着可使用由Y，U，V值编码的三个合成采样精确地分离Y，U，V。但是，在复合信号是由非相同的Y，U，V值编码的情况下，不可能进行完美的分离，在解码值中会发生误差。

为了更为详细的讨论具有非相反相位的采样的解码，应当考虑针对三复合采样的V-转换的两种情况：

-所有的三个采样的V-转换是相同的；

-三个采样中的一个具有与其它两个采样不相同的V-转换。

因此，在具有相同V-转换的采样的解码和具有不同V-转换的采样的解码之间进行区分。尽管下面的计算适用于PAL信号，但是相同的原理也使用于NTSC以及具有相同V-转换的PAL信号。下面，使用色度分量I和Q代替U和V。

在相同V-转换的情况下，考虑由相同的Y，U，V值编码三个复合采样，如等式17所示。为了获得三个独立的等式，所选择的相位不等，即α≠β≠γ。而且，所有V-分量的V-转换都选为正值。在所有的V-转换都是负值的情况下，情况是相同的，只是解码的V分量的符号相反。

F₁＝Y+Usin·(α)+V·cos(α)

F₂＝Y+U·sin(β)+V·cos(β)                          (17)

F₃＝Y+U·sin(γ)+V·cos(γ)

通过对Y，U和V分量求解上面三个线性方程，得到等式18和19的表达式。这里，Y，U和V分量由三个原始复合采样和它们对应的子载波相位表示。

    +F₁·sin(β)·cos(γ)-F₁·sin(γ)·cos(β)

Y_n＝+F₂·sin(γ)·cos(α)-F₂·sin(α)·cos(γ)

    +F₃·sin(α)·cos(β)-F₃·sin(β)·cos(α)

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

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

    +sin(α)·cos(β)-sin(α)·cos(γ)

E＝+sin(β)·cos(γ)-sin(β)·cos(α)

    +sin(γ)·cos(α)-sin(γ)·cos(β)       (18)

其中

$Y=\frac{Y_n}{E},U=\frac{U_n}{E},V=\frac{V_n}{E}---\left(19\right)$

对于具有不相同V-转换的采样可以进行类似的计算。可以分为下面两种情况：

-一个复合采样的V-转换是正值，而剩余的采样具有一个负的V-转换；或者

-一个复合采样的V-转换是负值，而剩余的采样具有一个正的V-转换。

在等式20中给出了一个复合采样的V-转换，没有覆盖第二种情况，因为这两种情况除了解码V分量的符号相反以外是相同的。

F₁＝Y+Usin·(α)+V·cos(α)

F₂＝Y+U·sin(β)+V·cos(β)                         (20)

F₃＝Y+U·sin(γ)+V·cos(γ)

通过对Y，U，V分量求解上述的这些等式，可以得到等式21和22所描述的表达式。

    +F₁·sin(β)·cos(γ)-F₁·sin(γ)·cos(β)

Y_n＝-F₂·sin(γ)·cos(α)-F₂·sin(α)·cos(γ)

    +F₃·sin(α)·cos(β)-F₃·sin(β)·cos(α)

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

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

    +sin(α)·cos(β)-sin(α)·cos(γ)

E＝+sin(β)·cos(γ)+sin(β)·cos(α)

   -sin(γ)·cos(α)-sin(γ)·cos(β)              (21)

其中

$Y=\frac{Y_n}{E},U=\frac{U_n}{E},V=\frac{V_n}{E}---\left(22\right)$

接下来规定在三个采样的情况下罚减额值的计算。在相同的V-转换的情况下，相位的罚减额值是由等式23规定的：

$P\left({\mathrm{CS}}_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if}{\mathrm{\&beta;}}_n=\mathrm{\&pi;}\\ \frac{3{\mathrm{\&beta;}}_n-2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&pi;}},& \mathrm{if}\frac{2\mathrm{\&pi;}}{3}<{\mathrm{\&beta;}}_n>\mathrm{\&pi;}\\ \frac{2\mathrm{\&pi;}-3{\mathrm{\&beta;}}_n}{\mathrm{\&pi;}},& \mathrm{if}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}<{\mathrm{\&beta;}}_n\&le;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{3}\\ 1,& \mathrm{else}\end{array}\right.---\left(23\right)$

在不相同V-转换的情况下，等式25为 $0$ $<\mathrm{\&alpha;}\&le;\frac{2}{\mathrm{\&pi;}}$ 规定了相位罚减额的值，而其他三个象限，即 π，

和2π之间的罚减额值可借助α。映射到第一象限：

${\mathrm{\&alpha;}}_n=\left\{\begin{array}{cc}2\mathrm{\&pi;}-\mathrm{\&alpha;},& \mathrm{if}\frac{3\mathrm{\&pi;}}{2}<\mathrm{\&alpha;}\&le;2\mathrm{\&pi;}\\ \mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&pi;},& \mathrm{if\&pi;}<\mathrm{\&alpha;}\&le;\frac{3\mathrm{\&pi;}}{2}\\ \mathrm{\&pi;}-\mathrm{\&alpha;},& \mathrm{if}\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}<\mathrm{\&alpha;}\&le;\mathrm{\&pi;}\\ \mathrm{\&alpha;},& \mathrm{else}\end{array}\right.---\left(24\right)$

$P\left({\mathrm{CS}}_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& \mathrm{if}{\mathrm{\&beta;}}_n=\mathrm{\&pi;}\\ \frac{3{\mathrm{\&beta;}}_n-2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&pi;}},& \mathrm{if}\frac{2\mathrm{\&pi;}}{3}<{\mathrm{\&beta;}}_n>\mathrm{\&pi;}\\ \frac{2\mathrm{\&pi;}-3{\mathrm{\&beta;}}_n}{\mathrm{\&pi;}},& \mathrm{if}\frac{\mathrm{\&pi;}}{3}<{\mathrm{\&beta;}}_n\&le;\frac{2\mathrm{\&pi;}}{3}\\ 1,& \mathrm{else}\end{array}\right.---\left(25\right)$

其中

S₁：                    ∠(CS_i)＝-α

附图6示意性地给出了根据本发明的滤波单元的另一个实施例，其被配置成从经过解码的色度推导出亮度信号。根据本发明的滤波单元600包括：

-第一低通滤波器602，用于过滤出两个颜色信号中的第一个U颜色信号；

-第二低通滤波器604，用于过滤出两个颜色信号中的第二个V颜色信号；

-与第一低通滤波器602和第二低通滤波器604相连的调制器606，用于重新调制两个颜色信号中的第一个过滤出的U_LPF颜色信号和两个颜色信号中的第二个过滤出的V_LPF颜色信号；以及

-减法单元608，用于从复合彩色电视信号CVBS中减去调制器606的输出，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，即1.3MHz，并且调制器606被配置成利用PAL编码中采用的子载波进行调制。在根据本发明的实施例中，两个经滤波的颜色信号U_LPF和V_LPF不包括或者几乎不包括存在于编码之前的原始颜色信号中的频率分量。而且，亮度信号更加匹配于利用视频编码单元，即PAL编码器编码之前的原始亮度信号。

根据本发明的滤波单元的一个进一步的改进是基于动态窗口重新调整实现的。动态窗口重新调整能够实现计算成本的降低，并且能够防止由于错误的初始化而造成的解码误差。在平面区域，即在高度相关取样的情况下，将降低候选对象窗口尺寸来避免由于初始化的错误而造成的任务误差。在具有显著细节的区域，需要放大窗口尺寸来确保梳状滤波器能够获得充分的相关候选对象。

附图7示意性地给出了根据本发明的图像处理设备700，包括：

-接收装置302，用于接收代表输入图像的信号。

-结合附图3，4，6中的任何一幅介绍的滤波单元706；以及

-显示装置704，用于显示由亮度信号和两个色度信号所代表的图像。

信号可以是通过天线或者电缆传送的广播信号，也可以是一个来自于存储设备，例如VCR(视频盒式记录机)或数字通用盘(DVD)的信号。信号可以在输入连接器710处提供。图像处理设备700可以是例如TV。或者，图像处理设备704可以不包括显示装置，但是可向一个包括显示装置704的设备提供输出图像。图像处理设备700可以是例如一个VCR播放机。或者，图像处理设备700包括存储装置，例如硬盘或者用于在可移动的媒体(例如光盘)上的进行存储的装置。

应当注意上述的实施例并非对本发明的限制，本领域的技术人员能够在不背离附加的权利要求所限定的范围的情况下设计出各种替换实施例。在权利要求中，放置在括号之间的符号不构成对权利要求的限制。术语“包括”不排除出现没有列举在权利要求中的元件或者步骤。术语在某个元件之前的“一”或“一个”不排除出现多种这样的元件。本发明可以利用包括多个分离元件的硬件来实现，也可以通过合适编程的计算机来实现。在单元权利要求中列举了几个装置，这些装置中的几个可以由一个具有相同的功能的硬件来实现。

Claims (15)

1、一种用于从复合彩色电视信号(CVBS)中抽取出一个亮度信号(Y)和两个颜色信号(U，V)的亮色分离滤波单元(300)，其中复合彩色电视信号包括被调制到位于亮度信号(Y)频谱的高频部分的子载波上的色度信号(C)，该滤波单元(300)包括：

-获取装置(302)，用于获得与第一像素对应的复合彩色电视信号的第一采样，和与第一像素相邻的其它像素对应的复合彩色电视信号的其它采样；

-相关度估计装置(304)，用于根据亮度信号近似值从复合彩色电视信号中的初始分离来估计表示第一采样和相应的其它采样之间的相关度的第一组相关值；

-罚减额估计装置(306)，用于估计表示第一采样和相应的其它采样之间的关系的第二组罚减额值；

-计算装置(308)，通过组合第一组相关值和第二组罚减额值的相应元素来计算第三组合并值；

-选择装置(310)，用于根据对应合并值与第三组合并值中的其它合并值进行比较，选择复合彩色电视信号的特定采样；以及

-解码装置(312)，用于根据第一采样和特定采样，确定与第一像素对应的、包括一个最终的亮度值和两个色度值的一组值中的至少一个最终值。

2、如权利要求1所述的一种亮色分离滤波单元(300)，其中相关度估计装置(304)被配置成通过计算第一亮度值和第二亮度值之间的差来计算第一个相关度值，第一亮度值属于第一像素，并且由亮度信号的近似值的第一采样表示，第二亮度值属于与第一像素相邻的第二像素，并且由亮度信号的近似值的第二采样表示。

3、如权利要求1所述的一种亮色分离滤波单元(300)，其中罚减额估计装置(306)被配置成通过计算第一像素和临近第一像素的一个第二像素之间的距离来计算第一个罚减额值。

4、如权利要求1所述的一种亮色分离滤波单元(300)，其中罚减额估计装置(306)被配置成按照以下方式计算第一个罚减额值：

-计算与第一像素对应的复合彩色电视信号的第一采样的第一子载波相位和与第一像素相邻的其它像素对应的第一个其它采样的第二子载波相位之间的第一差；以及

-计算第一差和一个预定值之间的第二差。

5、如权利要求4所述的一种亮色分离滤波单元(300)，其中预定值对应于180°。

6、如权利要求4所述的一种亮色分离滤波单元(300)，其中预定值相当于120°，并且解码装置(312)被配置成根据第一采样、特定采样和另一个与临近第一像素的其它像素对应的其它采样，确定与第一像素对应的、包括一个最终的亮度值和两个颜色值的一组值的至少一个最终值。

7、如权利要求1所述的一种亮色分离滤波单元(300)，其中临近第一像素的其它像素位于以第一像素为中心的一个窗口中并且位于第一像素所属的第一场中。

8、如权利要求1所述的一种亮色分离滤波单元(300)，其中临近第一像素的其它像素的第一部分位于以第一像素为中心的第一窗口中并且位于第一像素所属的第一场中，临近第一像素的其它像素的第二部分位于第二窗口中，第二窗口位于第二场中。

9、如权利要求8所述的一种亮色分离滤波单元(300)，其中第二窗口以一个中心像素为中心，并且第一像素和中心像素相互之间具有相等的坐标。

10、如权利要求8所述的一种亮色分离滤波单元(300)，其中第二窗口以一个中心像素为中心，第一像素的坐标和中心像素的坐标之间的差由一个运动矢量确定，该运动矢量表示第一和第二场的部分之间的运动。

11、一种图像处理设备(700)，包括：

-接收装置(702)，用于接收复合彩色电视信号，该复合电视信号包括一个被调制在位于亮度信号频谱的高频部分的子载波上的色度信号；以及

-亮色分离滤波单元(706)，用于从复合彩色电视信号中抽取出一个亮度信号和两个颜色信号，该滤波器(706)包括：

*获取装置(302)，用于获得与第一像素对应的复合彩色电视信号的第一采样，和与第一像素相邻的其它像素对应的复合彩色电视信号的其它采样；

*相关度估计装置(304)，用于根据亮度信号近似值从复合彩色电视信号中的初始分离来估计表示第一采样和相应的其它采样之间的相关性的第一组相关值；

*罚减额估计装置(306)，用于估计表示第一采样和相应的其它采样之间的关系的第二组罚减额值；

*计算装置(308)，通过组合第一组相关值和第二组罚减额值的相应元素来计算第三组合并值；

*选择装置(310)，用于根据对应合并值与第三组合并值中的其它合并值进行比较，选择复合彩色电视信号的特定采样；以及

*解码装置(312)，用于根据第一采样和特定采样，确定与第一像素对应的、包括一个最终的亮度值和两个色度值的一组值中的至少一个最终值。

12、如权利要求11所述的一种图像处理设备(800)，进一步包括一个显示装置(804)，用于显示由亮度信号和两个颜色信号所代表的图像。

13、一种包括如权利要求12所述的图像处理设备(800)的电视。

14、一种从一个复合电视信号中抽取出一个亮度信号和两个颜色信号的方法，复合电视信号包括被调制在亮度信号频谱的高频部分的子载波上的色度信号，该方法包括：

-获得与第一像素对应的复合彩色电视信号的第一采样，和与第一像素相邻的其它像素对应的复合彩色电视信号的其它采样；

-根据亮度信号近似值从复合彩色电视信号中的初始分离，估计代表第一采样和相应其它采样之间的相关度的第一组相关度值；

-估计代表第一采样和相应其它采样之间的关系的第二组罚减额值；

-通过组合第一组相关值和第二组罚减额值的相应元素来计算第三组合并值；

-根据对应的合并值与第三组合并值中的其它合并值进行比较，选择复合彩色电视信号的一个特定采样；以及

-根据第一采样和特定采样，确定与第一像素对应的、包括一个最终的亮度值和两个颜色值的一组值的至少一个最终值。

15、一种可被计算机设备装载的计算机程序产品，其上包括可从一个复合彩色电视信号中抽取出一个亮度信号和两个颜色信号的指令，复合彩色电视信号包括被调制到亮度信号的高频部分的子载波上的色度信号，该计算机设备包括处理装置和存储器，计算机程序在被装载以后为所述的处理装置提供执行以下步骤的功能：

-获得与第一像素对应的复合彩色电视信号的第一采样，和与第一像素相邻的其它像素对应的复合彩色电视信号的其它采样；

-根据亮度信号近似值从复合彩色电视信号中的初始分离，估计代表第一采样和相应其它采样之间的相关度的第一组相关度值；

-估计代表第一采样和相应的其它采样之间的关系的第二组罚减额值；

-通过组合第一组相关值和第二组罚减额值的相应元素来计算第三组合并值；

-根据对应的合并值与第三组合并值中的其它合并值进行比较，选择复合彩色电视信号的一个特定采样；以及

-根据第一采样和特定采样，确定与第一像素对应的、包括一个最终的亮度值和两个颜色值的一组值的至少一个最终值。

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