CN1812597A - 用于自适应亮/色度分离的数字视频信号处理设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于亮度/色度分离的自适应数字视频信号处理设备和方法。在该视频信号处理设备中，自适应2D BPF通过根据图像的局部特征(例如，基于图像中的边缘在垂直和水平方向上延伸的方向)而选择的梳状滤波和带通滤波来执行Y/C分离。自适应2D BPF在一般情况下执行2D带通滤波。2D BPF自适应地以连续的方式执行各种滤波操作的一系列选择。

Description

用于自适应亮/色度分离的数字视频信号处理设备和方法

技术领域

本发明涉及一种数字视频信号处理设备，特别涉及一种用于二维Y/C分离的数字视频信号处理设备和方法。

背景技术

为电视(TV)广播准备的视频信号包含两个混合的主要部分，即亮度Y(以完全的细节产生黑白画面)和色度C(完全没有细节的着色)。该方法代替红、绿和蓝子信号来使用，以便获得能够在广播信道的有限带宽中传送的视感最佳的画面。每个电视接收器和VCR必须包含滤波器，以便再次分离亮度和色彩(Y和C)。不是完美的Y/C分离器将丢失分辨率-水平、垂直或两者。另外，还存在诸如以下的膺像，即在细条纹应当所在之处存在彩虹旋涡，并且在不同颜色块相遇之处存在蠕动点(crawling dot)。

这样，使用NTSC或PAL标准传送的彩色电视信号的显示器包括用于处理CVBS(复合视频消隐同步)信号的装置，其中CVBS信号是Y(亮度)信号和C(色度)信号的复合物。以预定的副载波频率对C信号进行正交幅度调制，因此，C信号的特征由其频率和相位特征确定。从而，接收端的数字视频信号处理设备参考C信号的特征分离Y和C信号，并且输出分离的Y和C信号(例如，被称作S视频)。

图1是传统的视频信号处理设备100的方框图。参考图1，视频信号处理设备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以及减法器150。梳状滤波器110对输入视频信号进行垂直带通滤波，并且1D-BPF 120对输入视频信号进行水平带通滤波。权重确定单元130参考C信号的垂直/水平相关和相位，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使用这些权重组合梳状滤波器110和1D-BPF 120的输出信号以生成C信号。减法器150从输入CVBS信号中减去C信号，以生成Y信号。

图2是另一个传统的视频信号处理设备200的方框图。参考图2，视频信号处理设备200包括二维带通滤波器(2D-BPF)210、减法器220、以及后置处理器230。2D-BPF 210执行二维卷积，以提取C信号。所提取的C信号和由减法器220生成的Y信号由后置处理器230处理。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，以生成经过补偿的Y和C信号。

在传统的Y/C分离技术中，当被检测图像的边缘具有高垂直相关时，基于梳状滤波而执行Y/C分离，而当所检测的边缘具有高水平相关时，基于1D带通滤波而执行Y/C分离。如上所述，当根据传统的Y/C分离技术而选择这些滤波方法之一时，系统性能主要取决于用于边缘检测的阈值。这样，当由于不准确的边缘检测而错误选择滤波方法时，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而组合这些滤波操作的结果的传统技术可以在一定的程度上解决这个问题。然而，这些技术基于水平或垂直一维滤波，因此，由于不定的边缘方向，膺像可能保持在所生成的信号中。

换句话说，在图像边缘延伸的方向不一致的情况下，当通过不连续选择的梳状滤波或1D带通滤波而没有正确地执行Y/C分离时，在所显示的图像上可能出现交叉亮度和交叉色彩，其中当C分量存在于分离的Y信号中时，发生交叉亮度，从而导致点状膺像，并且当Y分量存在于分离的C信号时，发生交叉色彩，从而导致彩虹模式膺像。

发明内容

根据本发明多个实施例的视频信号处理设备用于NTSC和PAL制式两者中，以便响应于图像的局部特征而自适应地以连续的方式执行梳状滤波、(垂直)带通滤波和2D带通滤波之中的选择。这使得能够进行准确的边缘检测和稳定的Y/C分离。从而，可以消除显示图像中的膺像如交叉亮度和交叉色彩，以便当本发明的视频信号处理设备被应用于显示系统时改善显示质量。本发明提供了一种数字视频信号处理设备，其根据CVBS信号的局部特征，自适应地以连续的方式对NTSC制式和PAL制式的CVBS信号执行梳状滤波、1D带通滤波和2D带通滤波，从而分离Y和C信号，其中NTSC制式和PAL制式具有不同的副载波相位。

本发明还提供了一种用于NTSC和PAL制式两者的视频信号处理方法，其根据视频信号的局部特征通过各种连续的滤波方法分离Y和C信号。

如下面更详细地描述的那样，在根据本发明各个实施例的视频信号处理设备300(图3)、1000(图10)和1200(图12)的每一个中，自适应2D BPF 330、1030和1230在图像的边缘方向固定为垂直/水平方向时，响应于图像的局部特征而执行梳状滤波/1D带通滤波，以便进行Y/C分离，但是在一般情况下执行2D带通滤波。2D BPF自适应地以连续的方式执行各种滤波操作的组合。

根据本发明的一方面，提供了一种视频信号处理设备，其包括存储器、权重确定单元、以及滤波器。存储器存储与输入视频信号的多个水平扫描行相对应的数字数据。权重确定单元使用所存储的数字数据生成第一多个权重系数。滤波器通过对由第一多个权重系数组成的水平/垂直系数掩码(coefficient mask)和所存储数字数据的对应数据窗口进行卷积而输出输入视频信号的C信号。滤波器根据输入视频信号的局部特征，自适应地以连续的方式执行梳状滤波、1D带通滤波和2D带通滤波。当视频信号的局部特征表示高垂直相关时，滤波器执行梳状滤波，当视频信号的局部特征表示高水平相关时，执行1D带通滤波，而当视频信号的局部特征在水平和垂直方向上都表示高或低相关时，执行2D带通滤波。

在NTSC模式中，系数掩码对应于这样的数据窗口，其包括：相对于中央像素垂直和水平排列的像素的数据，该数据具有与中央像素的相位相反的C分量相位；以及相对于中央像素对角排列的像素的数据，该数据具有与中央像素的相位相同的C分量相位，其中这些像素位于输入视频信号的顺序(垂直相邻)多个水平扫描行中。

在PAL模式中，系数掩码对应于这样的数据窗口，其包括：相对于中央像素垂直和水平排列的像素的数据，该数据具有与中央像素的相位相反的C分量相位；以及相对于中央像素对角排列的像素的数据，该数据具有与中央像素的相位相同的C分量相位，其中这些像素位于输入视频信号的顺序多个水平扫描行的隔行中，其中这些行包括包含中央像素的水平扫描行。

在NTSC模式中，权重确定单元还使用所存储的数字数据生成第二多个权重系数，并且滤波器对第一C信号和由第二多个权重系数组成的对角系数掩码进行卷积，并且输出卷积结果作为输入视频信号的C信号。

在PAL模式中，权重确定单元还使用所存储的数字数据生成第二多个权重系数和第三多个权重系数，并且滤波器对由第二多个权重系数组成的水平/对角系数掩码和所存储的数字数据的对应数据窗口进行卷积，以生成第二C信号。

这里，数据窗口对应于水平/对角系数掩码，并且根据中央像素的C分量相位是0°/180°还是90°/270°包括其相位与中央像素的相位相同和相反的像素的数据，其中这些像素在水平/对角方向上与中央像素相分离，并且位于输入视频信号的顺序多个水平扫描行中。

根据本发明的另一方面，提供了一种视频信号处理方法，其包括：存储与输入视频信号的多个水平扫描行相对应的数字数据；使用与该多个水平扫描行相对应的数据，生成第一多个权重系数；以及通过对由第一多个权重系数组成的水平/垂直系数掩码和所存储数字数据的对应数据窗口进行卷积而输出输入视频信号的C信号作为第一C信号。根据输入视频信号的局部特征，自适应地以连续的方式通过卷积执行梳状滤波、带通滤波和2D带通滤波。

附图说明

通过参考附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其它特征将会变得更加清楚，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以很多不同的形式实施，并且不应当被解释为仅局限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开内容透彻且完整，以及向本领域的技术人员全面传达本发明的概念。贯穿附图，相同的附图标记指示相同的元件，并且：

图1是传统的视频信号处理设备的方框图；

图2是另一个传统的视频信号处理设备的方框图；

图3是根据本发明实施例的视频信号处理设备的方框图；

图4示出了NTSC制式的色度信号相位；

图5示出了PAL制式的色度信号相位；

图6是用于说明像素中的垂直变化的图；

图7是用于说明像素中的水平变化的图；

图8A是用于说明图像中的边缘垂直延伸时的滤波的图；

图8B是用于说明图像中的边缘水平延伸时的滤波的图；

图8C是用于说明通常(无边缘)情况下的滤波的图；

图9示出了用于说明视频信号的C和Y分量的频谱特征；

图10是根据本发明另一个实施例的视频信号处理设备的方框图；

图11A和11B示出了PAL制式的色彩(色度)信号相位中的对角变化；以及

图12是根据本发明另一个实施例的视频信号处理设备的方框图。

具体实施方式

图3是根据本发明实施例的视频信号处理设备300的方框图。参考图3，视频信号处理设备300包括存储器310、权重确定单元320、2D BPF(二维带通滤波器)330、以及减法器340。视频信号处理设备300可以用于NTSC制式(在NTSC模式中)和PAL制式(在PAL模式中)两者。视频信号处理设备300接收数字CVBS信号作为输入视频信号，并且分离Y和C信号。输入视频信号可以是通过以预定的频率4f_sc对模拟CVBS信号的有效视频区域进行采样而获得的数字信号，其中f_sc是副载波频率。

NTSC制式的输入视频信号(CVBS(t))可以以方程式1如下表示：

[方程式1]

     CVBS(t)＝Y+U*sin 2πf_SCt+V*cos 2πf_SCt

其中U和V是色度信号(C)的分量，f_sc表示色度信号的副载波频率，Y表示亮度信号，并且t表示(离散)时间。这样，在NTSC制式中，以4f_sc采样的像素信号具有如图4所示的色度信号相位。这样，对于每个水平行，以Y+U、Y+V、Y-U、Y-V、...的形式重复像素信号。图4仅示出了色度信号分量U和V的相位。在NTSC制式中，色度信号相位在相邻(垂直相邻，上或下)的水平扫描行中偏移180°，如图4所示。

PAL制式的输入视频信号(CVBS(t))可以以方程式2如下表示：

[方程式2]

     CVBS(t)＝Y+U*sin 2πf_SCt±V*cos 2πf_SCt

其中U和V是C分量，f_sc表示副载波频率，Y表示亮度，并且t表示(离散)时间。在方程式2中，V分量的符号(相位)在正和负之间交替。这样，PAL制式中的像素信号具有如图5所示的色度信号相位(符号)。这样，在每个水平行中，以Y+U、Y+V、Y-U、Y-V、...或者Y+U、Y-V、Y-U、Y+V、...的形式重复像素信号，并且色度信号相位每隔一个水平扫描行偏移180°。

由视频信号处理设备300分离和输出的Y信号和C信号(U和V信号)被转换成外部电路所需的格式，并且被存储或传送到显示装置。例如，Y和C信号可以以三个颜色信号即红(R)、绿(G)和蓝(B)颜色信号进行插值，以便通过LCD(液晶显示器)显示。

视频信号处理设备300响应于输入视频信号CVBS的局部特征而自适应地选择和执行梳状滤波和1D带通滤波之一。为此，存储器310存储与输入视频信号的多个水平扫描行相对应的数字数据。存储器310包括多个存储(或延迟)单元311、312、313和314，每个存储对应于一个水平扫描行的数据。多个存储(延迟)单元311、312、313和314基于控制信号NPC而存储顺序水平扫描行的数据或者隔行水平扫描行的数据。例如，当控制信号NPC具有逻辑高电平，从而表示NTSC标准正被使用(在NTSC模式中)时，存储单元311、312、313和314存储四个顺序(相邻)水平扫描行的数据，其具有图4所示的色度信号相位。当控制信号NPC具有逻辑低电平，从而表示PAL标准正被使用(在PAL模式中)时，存储单元311、312、313和314存储四个隔行(每隔一个)的水平扫描行的数据，其具有图5所示的色度信号相位。

与存储在存储器310中的多个水平扫描行相对应的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使用存储在存储器310中的数据，分别生成将由2D BPF 330使用的第一“上”、“下”、“左”和“右”权重系数Wu、Wd、Wl和Wr。

2D BPF 330使用第一多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr输出输入视频信号的C信号。减法器340从当前处理的像素的视频信号CVBS中减去由2DBPF 330生成的C信号(U或V信号)，以输出Y信号。例如，当从当前像素Y+U的视频信号中减去作为C信号而生成的U信号时，获得Y信号。

对于NTSC和PAL制式两者(在NTSC模式中和在PAL模式中)，2D BPF330响应于输入视频信号的局部特征而自适应地以连续的方式执行梳状滤波、1D带通滤波和2D带通滤波。这样，2D BPF 330在输入视频信号的局部特征表示高垂直相关时执行梳状滤波，并且在输入视频信号的局部特征表示高水平相关时执行1D带通滤波。此外，2D BPF 330在输入视频信号的局部特征在垂直和水平方向上都表示高或低相关时执行2D带通滤波。

2D BPF 330使用由第一多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr的组合组成的滤波器掩码(例如，水平/垂直2维系数掩码)。当水平/垂直系数掩码为h_hv(i，j)时，从2D BPF 330输出的C信号(C_hv(i，j))以方程式3如下表示：

[方程式3]

     C_hv(i，j)＝h_hv(i，j)**CVBS(i，j)

这样，2D BPF 330对水平/垂直系数掩码(h_hv(i，j))和存储在存储器310中的对应数据窗口(CVBS(i，j))进行卷积，以输出输入视频信号的C信号(C_hv(i，j))。从减法器340输出的Y信号(Y(i，j))以方程式4如下表示：

[方程式4]

     Y(i，j)＝CVBS(i，j)-C_hv(i，j)

对于NTSC制式(在NTSC模式中)，水平/垂直系数掩码h_hv(i，j)在方程式5中以3×5矩阵如下表示：

[方程式5]

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

在方程式5中，N可以是确保N的绝对值与用于滤波的权重系数的绝对值之和为1的归一化值。用于在2D BPF 330中执行的以方程式3表示的卷积的数据窗口CVBS(i，j)是与方程式5的3×5矩阵的数据相对应的数据。具体地说，三个顺序水平扫描行的数字数据当中与方程式5中的非零元素相对应的像素数据(例如，具有与中央像素(图4中的+U)的相位相反的C分量相位的垂直和水平数据(图4中的-U)、以及具有与中央像素(图4中的+U)的相位相同的C分量相位的对角数据(图4中的+U))用于方程式3的卷积。

对于PAL制式(在PAL模式中)，水平/垂直系数掩码(h_hv(i，j))在方程式6中以5×5矩阵如下表示：

[方程式6]

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

在方程式6中，N可以是确保N的绝对值与用于滤波的权重系数的绝对值之和为1的归一化值。用于在2D BPF 330中执行的以方程式3表示的卷积的数据窗口CVBS(i，j)对应于方程式6的5×5矩阵的数据。具体地说，三个隔行的水平扫描行的数字数据当中与方程式6中的非零元素相对应的像素数据(例如，具有与中央像素(图5中的+U)的相位相反的C分量相位的垂直和水平数据项(图5中的-U)、以及与中央像素(图5中的+U)的相位相同的C分量相位的对角数据(图5中的+U))用于方程式3的卷积。

从方程式5和6可以看出，对于NTSC和PAL制式，使用相同的滤波器掩码，但是使用不同的数据选择执行卷积。这样，在方程式5和6中，权重(系数)Wu、Wd、Wl和Wr被施加到其相位与中央像素(i，j)的相位相反的像素(图4和5中的-U)，并且权重Wu、Wd、Wl和Wr中的每一个具有根据图像的局部特征而(动态)变化的值-0.5到0。从而，分别施加到对角像素的权重(系数)WuWl、WdWl、WuWr和WdWr具有根据图像的局部特征而(动态)变化的值0到0.25。

具体地说，系数Wu对于NTSC制式(在NTSC模式中)被施加到位于点(i-1，j)的像素，并且对于PAL制式(在PAL模式中)被施加到位于点(i-2，j)的像素，其中位于点(i-1，j)的像素在位于(i，j)的中央像素上方一个水平扫描行之处，并且位于点(i-2，j)的像素在位于(i，j)的中央像素上方两个水平扫描行之处。系数Wd对于NTSC制式(在NTSC模式中)被施加到位于点(i+1，j)的像素，并且对于PAL制式(在PAL模式中)被施加到位于点(i+2，j)的像素，其中位于点(i+1，j)的像素在位于(i，j)的中央像素下方一个水平扫描行之处，并且位于点(i+2，j)的像素在位于(i，j)的中央像素下方两个水平扫描行之处。此外，对于NTSC和PAL制式(在NTSC模式中和在PAL模式中)，系数Wl都被施加到位于点(i，j-2)的像素，其在位于(i，j)的中央像素的左侧两个像素之处，并且对于NTSC和PAL制式(在NTSC模式中和在PAL模式中)，系数Wr都被施加到位于点(i，j+2)的像素，其在位于(i，j)的中央像素的右侧两个像素之处。

在方程式5和6中使用的第一多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr被确定成它们满足比例条件7。

[条件7]

$\left|\mathrm{Wu}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARv}}\left(\mathrm{or\; VARh}\right)\mathrm{and}\left|\mathrm{Wu}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARu}}\left(\mathrm{or\; VARd}\right)$

$\left|\mathrm{Wd}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARv}}\left(\mathrm{or\; VARh}\right)\mathrm{and}\left|\mathrm{Wd}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARd}}\left(\mathrm{or\; VARu}\right)$

$\left|\mathrm{Wl}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARh}}\left(\mathrm{or\; VARv}\right)\mathrm{and}\left|\mathrm{Wl}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARl}}\left(\mathrm{or\; VARr}\right)$

$\left|\mathrm{Wr}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARh}}\left(\mathrm{or\; VARv}\right)\mathrm{and}\left|\mathrm{Wr}\right|\∝\frac{1}{\mathrm{VARr}}\left(\mathrm{or\; VARl}\right)$

其中，VARv表示输入视频信号中的垂直变化，VARh表示输入视频信号中的水平变化，VARu表示输入视频信号中的向上变化，VARd表示向下变化，VARl表示向左变化，并且VARr表示向右变化。

在本发明的实施例中，比例条件7由下面方程式8实现：

[方程式8]

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

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

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

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

在方程式8中，Difv表示垂直差的绝对值，Difh表示水平差的绝对值，Difu是向上差的绝对值，Difd是向下差的绝对值，Difl表示向左差的绝对值，并且Difr表示向右差的绝对值。

图6和7分别是用于说明NTSC模式中像素的垂直和水平变化的图。参考图6，例如，Difu＝du，并且Difd＝dd，并且Difv＝du+dd+dv。参考图7，Difh＝dl+dr+dh，Difl＝dl，并且Difr＝dr。在NTSC和PAL模式中，dl是位于(i，j)的像素数据和位于(i，j-4)的像素数据之差的绝对值，dr表示位于(i，j)的像素数据和位于(i，j+4)的像素数据之差的绝对值，并且dh表示位于(i，j-2)的像素数据和位于(i，j+2)的像素数据之差的绝对值。在NTSC模式中，du表示位于(i，j)的像素数据和位于(i-2，j)的像素数据之差的绝对值，dd表示位于(i，j)的像素数据和位于(i+2，j)的像素数据之差的绝对值，并且dv是位于(i-1，j)的像素数据和位于(i+1，j)的像素数据之差的绝对值。在PAL模式中，du对应于位于(i，j)的像素数据和位于(i-4，j)的像素数据之差的绝对值，dd是位于(i，j)的像素数据和位于(i+4，j)的像素数据之差的绝对值，并且dv对应于位于(i-2，j)的像素数据和位于(i+2，j)的像素数据之差的绝对值。

在方程式8中，使用具有相同相位的像素数据之差的绝对值。对于NTSC制式(在NTSC模式中)，参考五个连续的水平扫描行数据项计算这些绝对值。对于PAL制式(在PAL模式中)，参考五个隔行的水平扫描行的数据确定方程式8的值。此外，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/向右变化。

因此，权重系数Wu被确定成它和与中央像素的垂直和向上相关性成比例；Wd被确定成它和与中央像素的垂直和向下相关性成比例；Wl被确定成它和与中央像素的水平和向左相关性成比例；并且Wr被确定成它和与中央像素的水平和向右相关性成比例。

图8A、8B和8C为：

在垂直方向上对像素执行梳状滤波，如图8A所示；

在水平方向上对像素执行1D带通滤波，如图8B所示；

在所有方向上对像素执行2D带通滤波，如图8C所示。

2D BPF 330通过使用如上确定的第一多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr执行方程式3的卷积来执行滤波，以在NTSC模式和PAL模式中都响应于输入视频信号的局部特征而自适应地以连续的方式执行梳状滤波、1D带通滤波和2D带通滤波。例如，当图像中的边缘被确定为垂直延伸时(例如，当输入视频信号的局部特征表示高垂直相关时)，Wr和Wl变小，并且|Wu|和|Wd|变大，使得在垂直方向上对像素执行梳状滤波，如图8A所示。当边缘被确定为水平延伸时(例如，当输入视频信号的局部特征表示高水平相关时)，Wu和Wd变小，并且|Wl|和|Wr|变大，使得在水平方向上对像素执行1D带通滤波，如图8B所示。另外，当输入视频信号的局部特征在垂直和水平方向上都表示高或低相关时，所有系数Wu、Wd、Wl和Wr都重要，使得在所有方向上对像素执行2D带通滤波，如图8C所示。

图9示出了当Y和C信号的相关在水平和垂直方向上都低时2D BPF 330的输出频谱特征。参考图9，对于水平(H)和垂直(V)频率，C分量可能包括在分离出的Y信号的高频分量中，或者Y分量可能包括在分离出的C信号的高频分量中。包括在Y信号中的C信号的高频分量可能导致在显示器上出现点状膺像。从而，提出了在对角线方向上对输入视频信号进行滤波以从C信号中去除Y信号的残余高频分量的方案，以便改善Y分量的分离，并且最小化C分量的色彩膺像。

图10是根据本发明另一个实施例的视频信号处理设备1000的方框图。参考图10，视频信号处理设备1000包括存储器(延迟单元或移位寄存器)310、权重确定单元1020、2D BPF 1030以及减法器340。视频信号处理设备1000的操作类似于图3的视频信号处理设备300的操作，因此下面仅仅描述视频信号处理设备1000的不同部分1020和1030。

优选地，在NTSC制式中对复合信号应用视频信号处理设备1000。在这种情况下，除了第一多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr之外，权重确定单元1020还使用从存储器310输入的多个水平扫描行数据项(例如，五个水平行的数据)生成第二多个权重系数WD1、WD2、WD3和WD4。

2D BPF 1030使用由第二多个权重系数WD1、WD2、WD3和WD4的组合组成的水平/对角2维系数掩码、以及以方程式5表示的由第一多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr的组合组成的水平/垂直2维系数掩码。水平/对角系数掩码h_hd(i，j)以方程式9如下表示：

[方程式9]

$h_{\mathrm{hd}}(i,j)=\left[\begin{array}{ccccc}\mathrm{WD}1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& N1& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \mathrm{WD}2\end{array}\right]**\left[\begin{array}{ccccc}0& 0& 0& 0& \mathrm{WD}4\\ 0& 0& N2& 0& 0\\ \mathrm{WD}3& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]$

在方程式9中，N1可以是确保N1的绝对值与WD1和WD2的绝对值之和为1的归一化值。类似地，N2可以是确保N2的绝对值与WD3和WD4的绝对值之和为1的归一化值。WD1和WD2是分别施加到具有与位于(i，j)的中央像素相同的相位的位于点(i-1，j-4)和(i+1，j+4)的像素(图4的+U)的权重，并且具有根据视频信号的局部特征而(动态)变化的值0到0.5。WD3和WD4是分别施加到具有与位于(i，j)的中央像素相同的相位的位于点(i+1，j-4)和(i-1，j+4)的像素(图4的+U)的权重，并且具有根据视频信号的局部特征而(动态)变化的值0到0.5。

在本发明的实施例中，第二多个权重系数WD1、WD2、WD3和WD4由下面方程式10给出：

[方程式10]

$\mathrm{WD}1=0.5\×\frac{\mathrm{Difhv}}{\mathrm{Difhv}+\mathrm{DifD}12}\×\frac{\mathrm{DifD}1}{\mathrm{DifD}1+\mathrm{DifD}2}$

$\mathrm{WD}2=0.5\×\frac{\mathrm{Difhv}}{\mathrm{Difhv}+\mathrm{DifD}12}\×\frac{\mathrm{Difd}2}{\mathrm{DifD}1+\mathrm{DifD}2}$

$\mathrm{WD}3=0.5\×\frac{\mathrm{Difhv}}{\mathrm{Difhv}+\mathrm{DifD}34}\×\frac{\mathrm{DifD}3}{\mathrm{DifD}3+\mathrm{DifD}4}$

$\mathrm{WD}4=0.5\×\frac{\mathrm{Difhv}}{\mathrm{Difhv}+\mathrm{DifD}34}\×\frac{\mathrm{DifD}4}{\mathrm{DifD}3+\mathrm{DifD}4}$

在方程式10中，Difhv是Difh和Difv的组合，并且可以是Difh和Difv之和；DifD1是第一对角方向上的像素数据(例如，位于(i，j)的像素数据和位于(i-1，j-2)的像素数据)之差的绝对值；DifD2是第二对角方向上的像素数据(例如，位于(i，j)的像素数据和位于(i+1，j+2)的像素数据)之差的绝对值；DifD3是第三对角方向上的像素数据(例如，位于(i，j)的像素数据和位于(i+1，j-2)的像素数据)之差的绝对值；DifD4是第四对角方向上的像素数据(例如，位于(i，j)的像素数据和位于(i-1，j+2)的像素数据)之差的绝对值；DifD12是DifD1和DifD2的组合；并且DifD34是DifD3和DifD4的组合。

这里，从2D BPF 1030输出的C信号(C(i，j))以方程式11如下表示：

[方程式11]

     C(i，j)＝h_hd(i，j)**h_hv(i，j)**CVBS(i，j)

这样，2D BPF 1030对水平/垂直系数掩码h_hv(i，j)、水平/对角系数掩码h_hd(i，j)和存储在存储器310中的对应数据窗口CVBS(i，j)进行卷积，以输出(分离)输入视频信号的C信号。从减法器340输出的Y信号(Y(i，j))以方程式12如下表示：

[方程式12]

     Y(i，j)＝CVBS(i，j)-C(i，j)

当在图像的局部区域内没有水平/垂直变化时(在高相关的情况下)，通过使用方程式3的滤波而获得令人满意的结果，因此方程式10中的值WD1、WD2、WD3和WD4变小(或零)。然而，当在图像的局部区域内存在大的水平/垂直变化时(在低相关的情况下)，甚至在使用方程式3的滤波之后，Y信号的高频分量也可能包括在C分量中，如图9所示。在这种情况下，WD1、WD2、WD3和WD4变得重要。从而，通过以方程式11表示的锐滤波增大Y分量的分离，这将减小C分量的对角通带。

在PAL模式中，在对角方向上对输入视频信号进行滤波以便增大Y分量的分离的方案不同于在NTSC模式中使用的方案。

图11A和11B示出了如何在PAL模式中测量色度信号相位中的对角变化。参考图11A和11B，对角方向上的相邻像素的C分量具有相反的相位。具体地说，当中央像素的相位为0或180°(图11A中的+U或-U)时，具有相反相位的相邻像素位于如图11A所示的第一对角方向上。当中央像素的相位为90或270°(图11A中的+v或-v)时，具有相反相位的相邻像素位于图11B所示的第二对角方向上。

图12是根据本发明另一个实施例的、针对PAL模式操作而优化的视频信号处理设备1200的方框图。参考图12，视频信号处理设备1200包括存储器310、权重确定单元1220、滤波器1230、组合器1250、以及减法器340。视频信号处理设备1200的操作类似于图3所示的视频信号处理设备的操作，因此下面仅仅描述视频信号处理设备1200的区别部分1220、1230和1250。

优选地，在PAL制式中(在PAL模式中)，将视频信号处理设备1200应用于复合信号。

滤波器1230包括第一2D BPF 1231和第二2D BPF 1232。第一2D BPF1231的操作相同于图3所示的2D BPF 330的操作。这样，第一2D BPF 1231使用由第一多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr的组合组成的水平/垂直系数掩码(h_hv(i，j))执行方程式3的卷积，以生成第一C信号(C_hv(i，j))。第二2D BPF1232使用由与第三多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr的组合相对应的水平/对角权重系数组成的水平/对角系数掩码。

这里，除了以方程式8表示的第一多个权重系数之外，权重确定单元1220还使用从存储器310输入的多个水平扫描行数据项(例如，五个隔行的水平扫描行的数据)生成第三多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr和第四多个权重系数W1和W2。使用计算第一多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr的方法来计算第三多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr。然而，使用与用来计算第一多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr的数据不同的像素数据来计算第三多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr。

根据中央像素的C分量相位是0/180°还是90/270°来使用方程式13或方程式14的水平/对角系数掩码。水平/对角系数掩码(h_hd(i，j))以方程式13或14表示。

[方程式13]

$h_{\mathrm{hd}}(i,j)=\left[\begin{array}{ccccccc}\mathrm{Wu}\·\mathrm{Wl}& 0& \mathrm{Wu}& 0& \mathrm{Wu}\·\mathrm{Wr}& 0& 0\\ 0& \mathrm{Wl}& 0& N& 0& \mathrm{Wr}& 0\\ 0& 0& \mathrm{Wd}\·\mathrm{Wl}& 0& \mathrm{Wd}& 0& \mathrm{Wd}\·\mathrm{Wr}\end{array}\right]$

[方程式14]

$h_{\mathrm{hd}}(i,j)=\left[\begin{array}{ccccccc}0& 0& \mathrm{Wu}\·\mathrm{Wl}& 0& \mathrm{Wu}& 0& \mathrm{Wu}\·\mathrm{Wr}\\ 0& \mathrm{Wl}& 0& N& 0& \mathrm{Wr}& 0\\ \mathrm{Wd}\·\mathrm{Wl}& 0& \mathrm{Wd}& 0& \mathrm{Wd}\·\mathrm{Wr}& 0& 0\end{array}\right]$

可以参考水平/对角像素数据项使用方程式8来获得在方程式13和14中使用的第三多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr。换句话说，可以根据与方程式13和14中的非零元素相对应的像素数据来确定第三多个权重系数Wu、Wd、Wl和Wr。当如方程式8所示使用五个像素数据时，可以参考包括中央像素和中央像素左侧和右侧的四个像素的五个像素来确定Wl和Wr。另外，可以参考与方程式13和14中的非零对角元素相对应的、包括中央像素和位于围绕中央像素的对角方向上的四个像素的五个像素来确定Wu和Wd。因此，Wu被确定成它与中央像素和位于相对于中央像素的对角方向上和位于中央像素的上方的像素之间的相关性成比例。Wd被确定成它与中央像素和位于相对于中央像素的对角方向上和位于中央像素的下方的像素之间的相关性成比例。Wl被确定成它与中央像素和位于相对于中央像素的水平方向上和位于其左侧的像素之间的相关性成比例，并且Wr被确定成它与中央像素和位于相对于中央像素的水平方向上和位于其右侧的像素之间的相关性成比例，

基于中央像素的C分量相位是0/180°还是90/270°而选择和使用方程式13或方程式14的水平/对角系数掩码之一。例如，当如图11A所示中央像素的C分量相位是0或180°时，使用方程式13的水平/对角系数掩码；而当如图11B所示中央像素的C分量相位是90°或270°时，使用方程式14的水平/对角系数掩码。对应于方程式13或方程式14的数据窗口包括输入视频信号的三个相邻水平扫描行中其相位与中央像素的相位相同和相反的水平/对角数据。

从而，第二2D BPF 1232对方程式13或方程式14的水平/对角系数掩码(h_hd(i，j))和存储在存储器310中的对应数据窗口(CVBS(i，j))执行方程式15的卷积，以生成第二C信号(C_hd(i，j))。

[方程式15]

     C_hd(i，j)＝h_hd(i，j)**CVBS(i，j)

组合器1250组合由第一2D BPF 1231生成的第一C信号(C_hv(i，j))和由第二2D BPF 1232生成的第二C信号(C_hd(i，j))，以输出输入视频信号的最终分离C信号。组合器1250如下在方程式16中使用第四多个权重系数W1和W2组合第一和第二C信号(C_hv(i，j)和C_hd(i，j))：

[方程式16]

     C(i，j)＝W1·C_hv(i，j)+W2·C_hd(i，j)

在方程式16中，W1成反比于与中央像素的对角相关性，并且W2成反比于与中央像素的垂直相关性。W1和W2可以使用在方程式8和9中使用的系数而具有形式W1＝A/(A+B)和W2＝B/(A+B)。这里，A表示对角变化，并且当在对角方向上获得它时对应于在方程式8中使用的Difv，并且B表示垂直变化，并且对应于与方程式8中的Difv成比例的值。

当垂直变化小于对角变化时，对基于垂直/水平系数掩码(h_hv(i，j))的第一C信号(C_hv(i，j))施加相对大的权重。另一方面，当对角变化小于垂直变化时，对基于垂直/对角系数掩码(h_hd(i，j))的第二C信号(C_hd(i，j))施加相对大的权重。仅使用与当前处理的中央像素具有高相关性的像素生成第一和第二C信号(C_hv(i，j)和C_hd(i，j))。从而，最小化在从组合器1250输出的最终分离的C信号中产生的膺像。

减法器340从当前处理的输入信号(CVBS(i，j))中减去由组合器1250输出的最终分离的C信号，以获得如下在方程式17中表示的Y信号：

[方程式17]

     Y(i，j)＝CVBS(i，j)-C(i，j)

尽管本发明是参考其示例性实施例来具体示出和描述的，但本领域的技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种修改。

对相关申请的交叉引用

本申请要求2005年1月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2005-0003176在35U.S.C.§119下的优先权，在此将其全文引作参考。

Claims (36)

1.一种视频信号处理设备，包括：

存储器，被配置成存储与复合输入视频信号的多个水平扫描行相对应的数字数据；

权重确定单元，被配置成使用数字数据生成第一多个权重系数；以及

滤波器，被配置成通过对由第一多个权重系数组成的水平/垂直系数掩码和数字数据的对应数据窗口进行卷积而生成输入视频信号的C信号。

2.如权利要求1所述的设备，其中当输入视频信号的局部特征表示高垂直相关时，滤波器执行梳状滤波。

3.如权利要求2所述的设备，其中当输入视频信号的局部特征表示高水平相关时，滤波器执行带通滤波。

4.如权利要求1所述的设备，其中当输入视频信号的局部特征在水平和垂直方向上都表示高或低相关时，滤波器执行2D带通滤波。

5.如权利要求1所述的设备，其中系数掩码对应于这样的数据窗口，其包括：相对于中央像素垂直和水平排列的像素的数据，该数据具有与中央像素的相位相反的C分量相位；以及相对于中央像素对角排列的像素的数据，该数据具有与中央像素的相位相同的C分量相位。

6.如权利要求5所述的设备，其中复合输入视频信号是NTSC复合信号。

7.如权利要求5所述的设备，其中第一多个权重系数包括成比例于与中央像素的垂直和向上相关性的第一系数、成比例于与中央像素的垂直和向下相关性的第二系数、成比例于与中央像素的水平和向左相关性的第三系数、以及成比例于与中央像素的水平和向右相关性的第四系数。

8.如权利要求1所述的设备，其中系数掩码对应于这样的数据窗口，其包括：相对于中央像素垂直和水平排列的像素的数据，该数据具有与中央像素的相位相反的C分量相位；以及相对于中央像素对角排列的像素的数据，该数据具有与中央像素的相位相同的C分量相位；并且其中这些像素位于输入视频信号的顺序多个水平扫描行之中的隔行中，其中这些行包括包含中央像素的水平扫描行。

9.如权利要求8所述的设备，其中复合输入视频信号是PAL复合信号。

10.如权利要求8所述的设备，其中第一多个权重系数包括成比例于与中央像素的垂直和向上相关性的第一系数、成比例于与中央像素的垂直和向下相关性的第二系数、成比例于与中央像素的水平和向左相关性的第三系数、以及成比例于与中央像素的水平和向右相关性的第四系数。

11.如权利要求1所述的设备，其中权重确定单元还使用数字数据生成第二多个权重系数，并且滤波器对第一C信号和由第二多个权重系数组成的对角系数掩码进行卷积，并且输出卷积结果作为输入视频信号的分离C信号。

12.如权利要求11所述的设备，其中复合输入视频信号是NTSC复合信号。

13.如权利要求11所述的设备，其中第二多个权重系数包括：第一系数，与位于相对于中央像素的第一对角方向上的至少一个像素和中央像素之间的相关性成比例；第二系数，与位于相对于中央像素的第二对角方向上的至少一个像素和中央像素之间的相关性成比例；第三系数，与位于相对于中央像素的第三对角方向上的至少一个像素和中央像素之间的相关性成比例；以及第四系数，与位于相对于中央像素的第四对角方向上的至少一个像素和中央像素之间的相关性成比例。

14.如权利要求1所述的设备，其中权重确定单元还使用数字数据生成第二多个权重系数和第三多个权重系数，并且滤波器对由第二多个权重系数组成的水平/对角系数掩码和数字数据的对应数据窗口进行卷积，以生成第二C信号。

15.如权利要求14所述的设备，其中复合输入视频信号是PAL复合信号。

16.如权利要求14所述的设备，其中数据窗口根据中央像素的C分量相位是0°/180°还是90°/270°包括位于输入视频信号的顺序多个水平扫描行中、并且其相位与中央像素的相位相同和相反的像素的数据，其中这些像素与中央像素相分离。

17.如权利要求14所述的设备，其中第二多个权重系数包括成比例于与中央像素的对角和对角向上相关性的第一系数、成比例于与中央像素的对角和对角向下相关性的第二系数、成比例于与中央像素的水平和向左相关性的第三系数、以及成比例于与中央像素的水平和向右相关性的第四系数，并且第三多个权重系数包括成反比于中央像素的垂直相关性的第一系数和成反比于中央像素的对角相关性的第二系数。

18.如权利要求14所述的设备，还包括组合器，其被配置成组合由第三多个权重系数加权的第一和第二C信号，并且输出组合结果作为输入视频信号的分离C信号。

19.一种视频信号处理方法，包括：

存储与输入视频信号的多个水平扫描行相对应的数字数据；

生成从数字数据获得的第一多个权重系数；以及

通过对由第一多个权重系数组成的水平/垂直系数掩码和数字数据的对应数据窗口进行卷积，生成输入视频信号的C信号。

20.如权利要求19所述的方法，其中当输入视频信号的局部特征表示高垂直相关时，执行梳状滤波。

21.如权利要求20所述的方法，其中当输入视频信号的局部特征表示高水平相关时，执行带通滤波。

22.如权利要求19所述的方法，其中当输入视频信号的局部特征在水平和垂直方向上都表示高或低相关时，执行2D带通滤波。

23.如权利要求19所述的方法，其中系数掩码对应于这样的数据窗口，其包括：

相对于中央像素垂直和水平排列的像素的数据，该数据具有与中央像素的相位相反的C分量相位；

以及相对于中央像素对角排列的像素的数据，该数据具有与中央像素的相位相同的C分量相位；

其中这些像素位于输入视频信号的顺序多个水平扫描行中。

24.如权利要求23所述的方法，其中输入视频信号是NTSC信号。

25.如权利要求23所述的方法，其中第一多个权重系数包括：

成比例于与中央像素的垂直和向上相关性的第一系数；

成比例于与中央像素的垂直和向下相关性的第二系数；

成比例于与中央像素的水平和向左相关性的第三系数；以及

成比例于与中央像素的水平和向右相关性的第四系数。

26.如权利要求19所述的方法，其中系数掩码对应于这样的数据窗口，其包括相对于中央像素垂直和水平排列的、具有与中央像素的相位相反的C分量相位的像素的数据，并且还包括相对于中央像素对角排列的、具有与中央像素的相位相同的C分量相位的像素的数据；并且

其中这些像素位于输入视频信号的顺序多个水平扫描行之中的隔行中，其中这些行包括包含中央像素的水平扫描行。

27.如权利要求26所述的方法，其中输入视频信号是PAL信号。

28.如权利要求26所述的方法，其中第一多个权重系数包括成比例于与中央像素的垂直和向上相关性的第一系数、成比例于与中央像素的垂直和向下相关性的第二系数、成比例于与中央像素的水平和向左相关性的第三系数、以及成比例于与中央像素的水平和向右相关性的第四系数。

29.如权利要求19所述的方法，还包括：

使用数字数据生成第二多个权重系数；以及

对第一C信号和由第二多个权重系数组成的对角系数掩码进行卷积，并且输出卷积结果作为输入视频信号的分离C信号。

30.如权利要求29所述的方法，其中输入视频信号是NTSC信号。

31.如权利要求29所述的方法，其中第二多个权重系数包括：第一系数，与中央像素和位于相对于中央像素的第一对角方向上的至少一个像素之间的相关性成比例；第二系数，与中央像素和位于相对于中央像素的第二对角方向上的至少一个像素之间的相关性成比例；第三系数，与中央像素和位于相对于中央像素的第三对角方向上的至少一个像素之间的相关性成比例；以及第四系数，与中央像素和位于相对于中央像素的第四对角方向上的至少一个像素之间的相关性成比例。

32.如权利要求19所述的方法，还包括：

使用数字数据生成第二多个权重系数和第三多个权重系数；以及

对由第二多个权重系数组成的水平/对角系数掩码和数字数据的对应数据窗口进行卷积，以生成第二C信号。

33.如权利要求32所述的方法，其中对PAL信号应用视频信号处理方法。

34.如权利要求32所述的方法，其中数据窗口对应于水平/对角系数掩码，并且根据中央像素的C分量相位是0°/180°还是90°/270°包括其相位与中央像素的相位相同和相反的像素的数据，其中这些像素在水平/对角方向上与中央像素相分离。

35.如权利要求32所述的方法，其中

第二多个权重系数包括：成比例于与中央像素的对角和对角向上相关性的第一系数；成比例于与中央像素的对角和对角向下相关性的第二系数；成比例于与中央像素的水平和向左相关性的第三系数；以及成比例于与中央像素的水平和向右相关性的第四系数，并且其中

第三多个权重系数包括：成反比于中央像素的垂直相关性的第一系数和成反比于中央像素的对角相关性的第二系数。

36.如权利要求32所述的方法，还包括根据第三多个权重系数组合第一和第二C信号，并且输出组合结果作为输入视频信号的分离C信号。

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