CN1842168A - 解码复合视频的模数转换系统、视频解码器及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种模数转换系统、相关视频解码器及方法，模数转换系统根据同步时钟将复合视频信号转换成数字信号，包含模数转换器、彩色副载波群相位估测器以及锁相环，其中同步时钟与复合视频信号的彩色副载波群的频率和相位同步；彩色副载波群相位估测器估测复合视频信号所承载的彩色副载波群的相位；而锁相环连接到彩色副载波群相位估测器，根据彩色副载波群相位估测器所估测的彩色副载波群的相位来产生同步时钟。

Description

解码复合视频的模数转换系统、视频解码器及其相关方法
技术领域
本发明有关于视频解码，尤其指一种根据同步于复合视频信号(composite video signal)的彩色副载波群(color burst)相位的时钟来解码复合视频信号的装置和其相关方法。
背景技术
因为美国的先进电视委员会标准(Advanced Television SystemsCommittee，ATSC)的出现，各界人士莫不致力于数字电视系统的发展。为了兼容性的问题，可解码符合ATSC规格的数字电视信号的数字电视系统必须也能够解码公知模拟电视系统，例如符合美国国家电视委员会(NationalTelevision System Committee，NTSC)标准的电视系统，或者符合视相交换线(Phase Alternation Line，PAL)标准的电视系统，如此一来，使用者才可使用相同的设备观赏数字电视信号或是模拟电视信号。
通常来说，用以将输入的复合视频信号数字化的时钟乃由另一时钟源所提供，而非是特地设计来取样复合视频信号的。公知的视频解码器根据最终线取样数(例如NTSC标准中每一扫描线具有858个取样)来数字化输入的复合视频信号，因为色度信号(chrominance signal)载于复合视频信号的副载波(sub-carrier)，必须有复杂的电路以解调制色度信号。
发明内容
本发明的目的的一为提供一种根据同步于复合视频信号的彩色副载波群(color burst)的时钟来解码复合视频信号的装置以及相关方法，以解决上述问题。
本发明提供一种模数转换系统，用以根据同步时钟将复合视频信号转换成数字信号，该模数转换系统包含模数转换器、彩色副载波群相位估测器以及锁相环。模数转换器接收复合视频信号，用以根据同步时钟产生数字信号，其中同步时钟与复合视频信号中的彩色副载波群的频率和相位同步；彩色副载波群相位估测器估测复合视频信号所承载的彩色副载波群的相位；锁相环连接到彩色副载波群相位估测器，以根据彩色副载波群相位估测器所估测的彩色副载波群的相位产生同步时钟。
本发明还提供一种根据同步时钟将复合视频信号转换成数字信号的方法，包含以下的步骤：根据同步时钟将复合视频信号转换成数字信号，其中同步时钟与复合视频信号中色度信号的彩色副载波群频率和相位同步；估测复合视频信号所承载的彩色副载波群的相位；以及根据彩色副载波群的相位产生同步时钟。
本发明还提供一种视频解码器，用以解码复合视频信号以输出亮度信号以及色度信号，该视频解码器包含：模数转换器、彩色副载波群相位估测器、锁相环、亮度/色度分离器、U/V解调制器、插补相位产生器以及数字插补器。模数转换器，用以接收复合视频信号并根据同步时钟产生数字信号，其中同步时钟与复合视频信号中的彩色副载波群的频率和相位同步。彩色副载波群相位估测器估测载于复合视频信号上彩色副载波群的相位。锁相环连接到彩色副载波群相位估测器，用以根据彩色副载波群相位估测器所估测的彩色副载波群相位产生同步时钟。亮度/色度分离器根据数字信号产生预定亮度信号以及预定色度信号。U/V解调制器连接到亮度/色度分离器，用以解调制预先亮度信号以产生第一预先色度信号以及第二预先色度信号。插补相位产生器根据前述数字信号产生插补相位。数字插补器连接到亮度/色度分离器、U/V解调制器以及该插补相位产生器，用以根据插补相位调整预先亮度信号、第一预先色度信号以及第二预先色度信号以产生亮度信号、第一色度信号以及第二色度信号。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的模数转换系统的方块图。
图2为图1所示的锁相环的方块图。
图3为图2所示的相位频率控制器的方块图。
图4为应用根据本发明模数转换系统的视频解码器的实施例的方块图。
图5为根据本发明的实施例的视频解码方法的流程图。
主要元件符号说明
100模数转换系统
110、410模数转换器
120、420数字滤波器
130、430降取样器
140、440彩色副载波群相位估测器
150、450锁相环
210、350加法器
220相位和频率控制器
230数字控制时钟产生器
310、330乘法器
320、340累积器
400视频解码器
460亮度/色度分离器
465U/V解调制器
470数字插补器
480插补相位产生器
482水平同步分离器
484数字线锁定锁相环
具体实施方式
图1为本发明模数转换系统100的实施例的方块图。模数转换系统100包含模数转换器110、数字滤波器120、降取样器130、彩色副载波群相位估测器140以及锁相环150，其中，模数转换系统100接收复合视频信号CVBS，复合视频信号遵从例如NTSC标准或PAL标准，因此，复合视频信号CVBS的副载波上承载着色度信息，而亮度信息和色度信息一起被复合视频信号CVBS所传输。当复合视频信号CVBS被输入至模数转换系统100时，模数转换器110首先数字化复合视频信号CVBS以根据同步时钟Sc产生数字信号Sd。在此实施例中，同步时钟Sc与承载色度信息的副载波的相位和频率同步，其中同步时钟Sc的较佳值为副载波的频率的4的整数倍(例如8倍或16倍)以上，因此数字信号Sd的数据速率还为副载波的频率的4倍数(即四倍频)以上，且数字信号Sd被传送至数字滤波器120中。然后，数字滤波器120滤掉数字信号Sd中的高频噪声部份并产生一过滤信号Sf，数字信号Sd的数据速率越高，其表现越好，通过此方式可更彻底地滤掉高频噪声部份。
降取样器130对过滤信号Sf进行降取样以产生第一数字信号Sd1，其数据速率为副载波频率的四倍频。应注意到，复合视频信号CVBS的色度信息通过副载波的相位被承载，所欲的色度信息的数据速率应为副载波频率的四倍频，因此降取样器130对过滤信号Sf进行降取样以产生具有副载波频率的四倍频的数据速率的第一数字信号Sd1。然后，第一数字信号Sd1被用以解码通过复合视频信号CVBS而传输的亮度信息以及色度信息，此外第一数字信号Sd1被传送至彩色副载波群(color burst)相位估测器140以估测复合视频信号CVBS中彩色副载波群的相位信号Sp，根据相位信号Sp，锁相环150产生模数转换器110所使用的同步时钟Sc以对复合视频信号CVBS进行模数转换，由于彩色副载波群相位估测器140可为本领域技术人员所了解，故在此不再赘述。应注意到，只要同步时钟Sc被适当地控制在副载波频率的四倍频，模数转换系统100可在数字滤波器120以及降取样器130被省略的情况下维持其功能运行。
图2为图1所示的锁相环150的方块图。锁相环150包含加法器210、相位和频率控制器220以及数字控制(digitally controlled)时钟产生器230。加法器210接收相位信号Sp并从相位信号Sp减去预定相位信号Sdp以产生代表相位差量的相位错误信号Spe，其中预定相位信号Sdp根据不同电视标准而有所不同，举例来说，对NTSC标准而言，预定相位信号Sdp为180°，对PAL标准而言，预定相位信号Sdp根据PAL模式而可为135°或225°。然后，相位错误信号Spe被传送至相位和频率控制器220以产生相位控制信号Spc以及频率控制信号Sfc，而相位控制信号Spc以及频率控制信号Sfc被进一步传送至数字控制时钟产生器230以产生同步时钟Sc，其中同步时钟Sc被使用在模数转换器110中以将复合视频信号CVBS数字化，因此数字控制时钟产生器230通过相位控制信号Spc以及频率控制信号Sfc调整同步时钟Sc的相位及频率。由于数字控制时钟产生器230可为本领域技术人员所了解，故在此不再赘述。
图3为图2所示的相位和频率控制器220的方块图，该相位频率控制器220包含多个乘法器310、330，多个累积器320、340以及加法器350。相位错误信号Spe在输入相位频率控制器220后，进入乘法器310、330，乘法器310使相位错误信号Spe与预定相位增益因子Gp相乘以适当地调整相位错误信号Spe来产生相位调整信号Spa。此外，累积器320累积相位调整信号Spa所传输的值并产生相位控制信号Spc给数字控制时钟产生器230；乘法器330使相位错误信号Spe与预定频率增益因子Gf相乘以适当地调整相位错误信号Spe来产生频率调整信号Sfa，而累积器340累积频率调整信号Sfa所传输的值并产生频率差异信号Sfd。理想频率信号Sdf被加至频率差异信号Sfd上以产生频率控制信号Sfc给数字控制时钟产生器230。应注意到，理想的频率信号Sdf根据不同硬体振荡频率而略有不同。如前所述，当相位控制信号Spc以及频率控制信号Sfc收敛时，同步时钟Sc便可通过数字控制时钟产生器230而被精确地调整。
图4为应用本发明模数转换系统的视频解码器400的实施例的方块图。视频解码器400包含模数转换器410、数字滤波器420、降取样器430、彩色副载波群相位估测器440、锁相环450、亮度/色度分离器460、U/V解调制器465、数字插补器470以及插补相位产生器480。视频解码器400接收复合视频信号CVBS并解码复合视频信号CVBS以产生亮度信号Y、第一色度信号U以及第二色度信号V。当复合视频信号CVBS被输入至视频解码器400时，模数转换器410根据同步时钟Sc’对复合视频信号CVBS进行数字化以产生数字信号Sd’。在此实施例中，同步时钟Sc’较佳地同步于承载色度信息的副载波的频率和相位，其中同步时钟Sc’的频率为副载波的频率的4倍的正整数倍数。数字滤波器420滤掉数字信号Sd’中的高频噪声部份并产生过滤信号Sf’，接着，降取样器430对过滤信号Sf’进行降取样以产生第一数字信号Sd1’，其数据传输速度为副载波频率的4倍的正整数倍。解码第一数字信号Sd1’以产生色度信号C以及亮度信号Y；此外，第一数字信号Sd1’被传送至彩色副载波群相位估测器440以侦测复合视频信号CVBS所承载的彩色副载波群的相位信号Sp’。再者，根据相位信号Sp’，锁相环450产生模数转换器410所用的同步时钟Sc’，以对复合视频信号CVBS进行模数转换。应注意到，若同步时钟Sc’刚好是4倍于副载波的频率，则降取样器430可自视频解码器400中省略，但最终图像质量会比使用具有较高整数倍频的同步时钟Sc’差。
亮度/色度分离器460接收第一数字信号Sd1’并产生预先亮度信号Y’以及预先色度信号C’，其中预先色度信号C’被传送至U/V解调制器465，而U/V解调制器465解调制预先色度信号C’并产生第一预先亮度信号U’以及第二预先色度信号V’。但第一数字信号Sd1’的数据速率并不匹配于显示由复合视频信号CVBS所传输的视频节目于电视屏幕上所需的每一扫描线的分辨率，所以，需要数字插补器470来调整(scale)预先亮度信号Y’、第一预先亮度信号U’以及第二预先色度信号V’，以根据插补相位Sic产生所需的亮度信号Y、第一色度信号U以及第二色度信号V。藉此，亮度信号Y、第一色度信号U以及第二色度信号V的数据速率可匹配于显示每一扫描线的像素的所需，根据以上揭示，亮度/色度分离器460、U/V解调制器465以及数字插补器470的运行实施当可为本领域技术人员所了解，故在此不再赘述。
如图4所示，插补相位产生器480包含水平同步分离器(Hsyncseparator)482以及数字线锁定锁相环(digital line-locked PLL)484，其中水平同步分离器482接收第一数字信号Sd1’，并分离水平同步脉冲(horizontal synchronization tip)，根据两连续水平同步脉冲决定用以显示复合视频信号CVBS所传输的视频节目的每一扫描线的启始边界和结束边界，其中水平同步脉冲定义在模拟电视系统规格中，用以确认扫描线的启始点。此外，数字线锁定锁相环484根据启始边界Ss和结束边界St产生插补相位Sic，数字插补器470根据插补相位Sic以调整预先亮度信号Y’、第一预先亮度信号U’以及第二预先色度信号V’。
色度信号C(n)可由U/V表示如下：
C(n)＝U(n)*sin(θ(n))+V(n)*cos(θ(n))
其中，在此实施例中，较佳地，θ(n)的值为0°、90°、180°、270°，因此，根据本发明，亮度/色度分离器460以及U/V解调制器465可以被简化，而没有相位偏移的计算负担，也增强了最终画面的表现。
图5为本发明视频解码方法的实施例的流程图。此方法包含了底下的步骤：
步骤510：根据同步时钟将复合视频信号转换成数字信号，其中同步时钟与复合视频信号中彩色副载波群的频率和相位同步。
步骤520：估测复合视频信号所承载的彩色副载波群的相位。
步骤530：根据彩色副载波群的相位产生同步时钟。
步骤540：根据数字信号产生预先亮度信号以及预先色度信号。
步骤550：解调制预先色度信号以产生第一预先色度信号以及第二预先色度信号。
步骤560：根据前述数字信号产生插补相位。
步骤570：根据插补相位对预先亮度信号、第一预先色度信号以及第二预先色度信号进行插补以产生亮度信号(Y)、第一色度信号(U)以及第二色度信号(V)。
本发明提供了根据同步时钟解码复合视频信号的装置及相关方法，此同步时钟同步于复合视频信号中的副载波，藉此大幅降低解调制复合视频信号的电路复杂度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所进行的等效变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (27)

1.一种模数转换系统，用以根据一同步时钟将一复合视频信号转换成一数字信号，包含：
一模数转换器，用以根据该同步时钟将该复合视频信号转换成该数字信号，其中该同步时钟与该复合视频信号的一彩色副载波群的频率和相位同步；
一彩色副载波群相位估测器，用以估测该复合视频信号所承载的该彩色副载波群的相位；以及
一锁相环，连接到该彩色副载波群相位估测器，用以根据该彩色副载波群相位估测器所估测的该彩色副载波群的相位来产生该同步时钟。
2.如权利要求1所述的模数转换系统，其中该数字信号的一数据速率为该彩色副载波群的频率的四倍频。
3.如权利要求1所述的模数转换系统，其中该同步时钟的频率为高于该彩色副载波群的频率的四倍频的正整数倍，以及该模数转换系统还包含：
一降取样器，连接在该模数转换器以及该彩色副载波群相位估测器之间，用以降取样该数字信号以产生一降取样数字信号，其中该降取样数字信号的频率为该彩色副载波群的频率的四倍频，且该彩色副载波群相位估测器根据该降取样数字信号来估测该彩色副载波群相位的相位。
4.如权利要求3所述的模数转换系统，还包含：
一数字滤波器，连接到该模数转换器以及该降取样器之间，用以过滤该数字信号的高频噪声以产生一过滤信号，其中该过滤信号被传送至该降取样器以产生该降取样数字信号。
5.如权利要求1所述的模数转换系统，其中该锁相环包含：
一加法器，连接到该彩色副载波群相位估测器，用以计算一预定相位值以及该彩色副载波群相位估测器所估测的该彩色副载波群的相位间的差量，以产生一相位错误信号；
一相位和频率控制器，连接到该加法器，用以根据该相位错误信号产生一相位控制信号以及一频率控制信号；以及
一数字控制时钟产生器，连接到该相位和频率控制器，用以根据该相位控制信号以及该频率控制信号输出该同步时钟。
6.如权利要求5所述的模数转换系统，其中该相位及频率控制器包含：
一乘法器，用以将该相位错误信号以及一预定增益相乘以输出一相位调整信号；以及
一累积器，连接到该乘法器，用以累积该相位调整信号以产生该相位控制信号。
7.如权利要求5所述的模数转换系统，其中该相位及频率控制器包含：
一乘法器，用以将该相位错误信号以及一预定增益相乘，以输出一频率调整信号；
一累积器，连接到该乘法器，用以累积该频率调整信号以产生一频率差异信号；以及
一加法器，连接到该累积器，用以相加一理想频率值以及该频率差异信号以产生该频率控制信号。
8.如权利要求1所述的模数转换系统，其中该复合视频信号符合NTSC标准或PAL标准。
9.一种根据一同步时钟将一复合视频信号转换成一数字信号的方法，包含：
根据该同步时钟将该复合视频信号转换成该数字信号，其中该同步时钟与该复合视频信号的一彩色副载波群的频率和相位同步；
估测该复合视频信号所承载的该彩色副载波群的相位；以及
根据该彩色副载波群的相位产生该同步时钟。
10.如权利要求9所述的方法，其中该数字信号的一数据速率为该彩色副载波群的频率的四倍频的正整数倍。
11.如权利要求10所述的方法，其中该同步时钟的频率为高于该彩色副载波群的频率的四倍频的正整数倍，该方法还包含：
降取样该数字信号以产生一降取样数字信号，其中该降取样数字信号的频率为该彩色副载波群的频率的四倍频，且该彩色副载波群的相位根据该降取样数字信号来估测。
12.如权利要求11所述的方法，还包含：
过滤该数字信号的高频噪声部份以产生一过滤信号；
其中该过滤信号被降取样而产生该降取样数字信号。
13.如权利要求9所述的方法，其中产生该同步时钟的步骤包含：
计算一预定相位值以及该彩色副载波群的相位的差量以产生一相位错误信号；
根据该相位错误信号产生一相位控制信号以及一频率控制信号；以及
根据该相位控制信号以及该频率控制信号输出该同步时钟。
14.如权利要求13所述的方法，其中产生该相位控制信号的步骤包含：
将该相位错误信号以及一预定增益相乘以输出一相位调整信号；以及累积该相位调整信号以产生该相位控制信号。
15.如权利要求13所述的方法，其中产生该频率控制信号的步骤包含：
将该相位错误信号以及一预定增益相乘以输出一频率调整信号；
累积该频率调整信号以产生一频率差异信号；以及
将一理想频率值加至该频率差异信号以产生该频率控制信号。
16.如权利要求9所述的方法，其中该复合视频信号符合NTSC标准或PAL标准。
17.如权利要求9所述的方法，还包含：
根据该数字信号产生一预先亮度信号以及一预先色度信号；
解调制该预先色度信号以产生一第一预先色度信号以及一第二预先色度信号；
根据该数字信号产生一插补相位；以及
根据该插补相位调整该预先亮度信号、该第一预先色度信号以及该第二预先色度信号以产生一亮度信号、一第一色度信号以及一第二色度信号。
18.如权利要求17所述的方法，其中产生该插补相位的步骤包含：
根据两连续水平同步脉冲决定每一扫描线的一启始边界以及一结束边界；以及
根据该每一扫描线的该启始边界以及该结束边界产生该插补相位。
19.一种视频解码器，用以解码一复合视频信号，该视频解码器包含：
一模数转换器，用以接收该复合视频信号并根据一同步时钟产生一数字信号，其中该同步时钟与该复合视频信号中的一彩色副载波群的频率和相位同步；
一彩色副载波群相位估测器，用以估测承载于该复合视频信号上该彩色副载波群的相位；
一锁相环，连接到该彩色副载波群相位估测器，用以根据该彩色副载波群相位估测器所估测的该彩色副载波群的相位产生该同步时钟；
一亮度/色度分离器，用以根据该数字信号产生一预定亮度信号以及一预定色度信号；
一U/V解调制器，连接到该亮度/色度分离器，用以解调制该预先色度信号以产生一第一预先色度信号以及一第二预先色度信号；
一插补相位产生器，用以根据该数字信号产生一插补相位；以及
一数字插补器，连接到该亮度/色度分离器、该U/V解调制器以及该插补相位产生器，用以根据该插补相位对该预先亮度信号、该第一预先色度信号以及该第二预先色度信号以对一亮度信号、一第一色度信号以及一第二色度信号进行插补。
20.如权利要求19所述的视频编码器，其中该数字信号的一数据速率为该彩色副载波群的频率的四倍频。
21.如权利要求19所述的视频编码器，其中该同步时钟的频率系高于该彩色副载波群的频率的四倍频的正整数倍，该视频编码器还包含：
一降取样器，连接到该模数转换器、该亮度/色度分离器以及该彩色副载波群相位估测器，用以降取样该数字信号以产生一降取样数字信号，该降取样数字信号的数据速率为该彩色副载波群的频率的四倍频，该彩色副载波群相位估测器接收该降取样数字信号以估测该彩色副载波群的相位，而该亮度/色度分离器接收该降取样数字信号以产生该预先亮度信号以及该预先色度信号。
22.如权利要求21所述的视频编码器，还包含：
一数字滤波器，连接到该模数转换器以及该降取样器，用以过滤该
数字信号中的高频噪声部份以产生一过滤信号；
其中该过滤信号被传送至该降取样器以产生该降取样数字信号。
23.如权利要求19所述的视频编码器，其中该锁相环包含：
一加法器，连接到该彩色副载波群相位估测器，用以计算一预定相位值以及该彩色副载波群的相位间的差量以产生一相位错误信号；
一相位及频率控制器，连接到该加法器，用以根据该相位错误信号产生一相位控制信号以及一频率控制信号；以及
一数字控制时钟产生器，连接到该相位及频率控制器，用以根据该相位控制信号以及该频率控制信号输出该同步时钟。
24.如权利要求23所述的视频编码器，其中该相位和频率控制器包含：
一乘法器，用以将该相位错误信号以及一预定增益相乘以输出一相位调整信号；以及
一累积器，连接到该乘法器，用以累积该相位调整信号以产生该相位控制信号。
25.如权利要求23所述的视频编码器，其中该相位和频率控制器包含：
一乘法器，用以将该相位错误信号以及一预定增益相乘以输出一频率调整信号；以及
一累积器，连接到该乘法器，用以累积该频率调整信号以产生一频率差异信号；以及
一加法器，连接到该累积器，用以一理想频率值加至该频率差异信号以产生该频率控制信号。
26.如权利要求19所述的视频编码器，其中该复合视频信号符合NTSC标准或PAL标准。
27.如权利要求19所述的视频编码器，其中该插补相位产生器包含：
一水平同步分离器，用以分离水平同步脉冲以根据两连续水平同步脉冲决定每一扫描线的一启始边界以及一结束边界；以及
一数字线锁定锁相环，连接到该水平同步分离器，用以根据该启始边界以及该结束边界产生该插补相位。
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