TWI604723B - 高解析複合視訊廣播訊號轉換系統及其編解碼方法 - Google Patents

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Description

高解析複合視訊廣播訊號轉換系統及其編解碼方法
本發明係有關影像處理之技術領域，尤指一種高解析複合視訊廣播訊號轉換系統及其編解碼方法。
現行電視所使用的複合視訊廣播訊號(Composite Video Broadcast Signal，CVBS)是將亮度(luminance)訊號及彩度(chrominance)訊號疊合在一載波後再進行傳送，其中，亮度係指光強度之密度的光度量測值，而彩度係指用以表示影像的色彩資訊。
在美國國家電視系統委員會(National Television System Committee，NTSC)所規範的規格中，彩度訊號之載波頻率為3.58MHz，亮度訊號之頻寬為6MHz。由於彩度訊號的載波頻率在亮度訊號的頻寬裡，雖現有技術中已採陷波濾波器及帶通濾波器之處理方式將亮度與彩度訊號分離，但仍容易將原屬於亮度訊號誤認成彩度訊號，造成處理錯誤而發生串色(cross-color)現象，或是將原屬於彩度訊號誤認成亮度訊號，造成處理錯誤而發生抖線 (cross-luminance)現象。
此外，現有安防領域攝影機所使用的影像訊號，除了有上述問題外，因原有NTSC規範的限制，仍只能使用720x480標準解析複合視訊格式。若要使用高解析度(如1280x720、1920x1080)之視訊格式，則必須更換原有設備及佈線，而有成本過高的問題。因此，先前技術中對於複合視訊廣播訊號之高解析度處理仍有改善空間。
本發明之一目的在於提供一種高解析複合視訊廣播訊號轉換系統，包括：編碼器，包括：前處理模組，用以將數位訊號分離出亮度訊號及彩度訊號；及編碼模組，係接收該前處理模組所分離出之該亮度訊號及該彩度訊號，以第一特定頻率對該亮度訊號進行濾波，且以第二特定頻率對該彩度訊號進行調變後，將已濾波之該亮度訊號及已調變之該彩度訊號一起編碼為第一訊號，其中，該第二特定頻率大於該第一特定頻率；以及解碼器，包括：第一、第二濾波模組，用以接收該第一訊號以分別分離出該亮度訊號及該彩度訊號，其中，該第一、第二濾波模組之截止頻率係大於該第一特定頻率且小於該第二特定頻率；及轉換模組，係接收該第一、第二濾波模組所分別分離出之該亮度訊號及該彩度訊號，以將該亮度訊號及該彩度訊號轉換成第二訊號。
本發明之再一目的在於提供一種高解析複合視訊廣播訊號之編碼方法，包括：將數位訊號分離出亮度訊號及 彩度訊號；以第一特定頻率對該亮度訊號進行濾波，且以第二特定頻率對該彩度訊號進行調變，其中，該第二特定頻率大於該第一特定頻率；以及將該亮度訊號及該彩度訊號一起編碼為第一訊號。
本發明之另一目的在於提供一種高解析複合視訊廣播訊號之解碼方法，包括：接收前述之第一訊號；藉由一濾波手段將該第一訊號分離出亮度訊號及彩度訊號，其中，該濾波手段所使用的截止頻率係大於該亮度訊號之頻率且小於該彩度訊號之載波頻率；以及將該亮度訊號及該彩度訊號轉換成第二訊號。
1‧‧‧高解析複合視訊廣播訊號轉換系統
10‧‧‧編碼器
11‧‧‧前處理模組
12、24‧‧‧亮度處理模組
13、25‧‧‧彩度處理模組
14、26‧‧‧轉換模組
15‧‧‧編碼模組
16‧‧‧數位類比轉換模組
21‧‧‧類比數位轉換模組
101‧‧‧水平同步訊號
102‧‧‧顏色載波
103‧‧‧有效像素
104‧‧‧垂直同步訊號
105‧‧‧垂直隱藏控制訊號
20‧‧‧解碼器
22‧‧‧第一濾波模組
23‧‧‧第二濾波模組
30‧‧‧影像感測器
40‧‧‧顯示單元
50‧‧‧同軸電纜
S01~S06、S11~S15‧‧‧步驟
第1圖係為本發明之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統之功能方塊圖；第2圖係為本發明之高解析複合視訊廣播訊號之編碼方法之步驟流程圖；第3圖係為本發明之高解析複合視訊廣播訊號之解碼方法之步驟流程圖；第4圖係為本發明之高解析複合視訊廣播訊號中有效像素複合視訊之示意圖；第5圖係為本發明之高解析複合視訊廣播訊號於一解析度中之垂直區間的訊號之示意圖；以及第6圖係為本發明之高解析複合視訊廣播訊號於另一解析度中之垂直區間的訊號之示意圖。
以下藉由特定之具體實施例加以說明本發明之實施方式，而熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點和功效，亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。
請參閱第1圖，本發明之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統1包括編碼器10及解碼器20。該編碼器10係連接一影像感測器30，以接收該影像感測器30所擷取之數位訊號。該解碼器20透過一同軸電纜50連接該編碼器10，且連接一顯示單元40。於一實施例中，該影像感測器30可結合編碼器10成為安防攝影機，該顯示單元40可為螢幕。
該編碼器10包括前處理模組11及編碼模組15。於一實施例中，該編碼器10更包括亮度處理模組12、彩度處理模組13、轉換模組14及數位類比轉換模組16。
該前處理模組11係將該編碼器10所接收該影像感測器30之數位訊號依據一公式分離出亮度訊號及彩度訊號，該公式為習知技術，於此不再贅述。於一實施例中，該前處理模組11更可轉換該影像感測器30之數位訊號之時脈為該前處理模組11的數位時脈。
該前處理模組11所分離出的亮度訊號係先傳送至亮度處理模組12進行處理，而該彩度訊號則先傳送至彩度處理模組13進行處理。該亮度處理模組12可依據使用者需求，將該亮度訊號作偏亮或偏暗的調整，而該彩度處理模組13亦可依據使用者需求，將該彩度訊號作偏紅、偏藍或 偏綠等顏色調整。
該轉換模組14連接該亮度處理模組12及彩度處理模組13，用以將調整後的該亮度訊號及該彩度訊號轉換成國際電信聯盟(ITU)所規範的BT 1120格式，再將BT 1120數位訊號傳到編碼模組15，編碼模組15將BT 1120轉成包含水平同步、顏色載波、有效像素、垂直同步、垂直隱藏控制訊號的數位訊號，再經過數位類比轉換模組16，得到水平同步101、顏色載波102、有效像素103、垂直同步104、垂直隱藏控制訊號105的類比訊號。
於一實施例中，該前處理模組11所分離之亮度訊號及彩度訊號，亦可直接傳送到編碼模組15中進行處理，而不需經過亮度處理模組12、彩度處理模組13及轉換模組14的處理。於另一實施例中，該前處理模組11所分離之亮度訊號及彩度訊號，亦可先傳送至轉換模組14中處理後，再傳送至編碼模組15進行處理，而不需經過亮度處理模組12或彩度處理模組13的處理。本發明並不以此為限。
該編碼模組15係接收該亮度訊號及彩度訊號，以第一特定頻率對該亮度訊號進行濾波，且以第二特定頻率對該彩度訊號進行調變，並將已濾波之亮度訊號及已調變之彩度訊號一起編碼為第一訊號。其中，該第二特定頻率大於該第一特定頻率。
於一實施例中，在高解析複合視訊廣播訊號之解析度為1280x720時，由於畫面更新頻率為30Hz，其每秒有效像素為1280x720x30點，若亮度為一黑一白間隔，並一併 考慮將凱爾係數(Kell factor)設定為0.7時，亮度頻率為約1280x720x30x0.5x0.7=9.7MHz(即第一特定頻率)。
因此，在編碼模組15中，將亮度訊號經過9.7MHz頻寬的低通數位濾波器，可得到已濾波之亮度訊號。由於已濾波之亮度訊號沒有9.7MHz以上的頻率，且彩度訊號的截止頻率為1.5MHz，使用比9.7MHz+1.5MHz=11.2MHz稍高的11.475MHz(即第二特定頻率)來調變彩度訊號，不會將亮度訊號當成彩度訊號，反之亦同。接著，該編碼模組15再依據公式將彩度訊號轉成與載波的相位差後，加上已濾波之亮度訊號可得到有效像素訊號。最後，將已濾波之亮度訊號及已調變之彩度訊號一起編碼為第一訊號(如第4圖所示)，並依照解析度為1280x720高解析複合視訊廣播訊號之格式傳送出去。於本實施例中，該第一訊號可再包括水平同步訊號101、垂直同步訊號104等。
於另一實施例中，在高解析複合視訊廣播訊號之解析度為1920x1080時，由於畫面更新頻率為30Hz，其每秒有效像素為1920x1080x30點，若亮度為一黑一白間隔，並一併考慮將凱爾係數(Kell factor)設定為0.7時，亮度頻率為約1920x1080x30x0.5x0.7=21.8MHz(即第一特定頻率)。
因此，在編碼模組15中，將亮度訊號經過21.8MHz頻寬的低通數位濾波器，可得到已濾波之亮度訊號。由於已濾波之亮度訊號沒有21.8MHz以上的頻率，且彩度訊號的截止頻率為1.5MHz，使用比21.8MHz+1.5MHz=23.3MHz稍高的24MHz(即第二特定頻率)來調變彩度訊號，不會 將亮度訊號當成彩度訊號，反之亦同。接著，該編碼模組15再依據公式將彩度訊號轉成與載波的相位差後，加上已濾波之亮度訊號可得到有效像素訊號。最後，將已濾波之亮度訊號及已調變之彩度訊號一起編碼為第一訊號(如第4圖所示)，並依照1920x1080高解析複合視訊廣播訊號之格式傳送出去。於本實施例中，該第一訊號可再包括水平同步訊號101、垂直同步訊號104等。
該數位類比轉換模組16用以將該編碼模組15所編碼之第一訊號從數位格式轉換成類比格式，即如第5、6圖所呈現之高解析複合視訊廣播訊號之類比訊號格式，接著即可透過同軸電纜50傳送至解碼器20，其中，第5圖之類比訊號格式中的數字(如1,2,3,…,24,25,26,…,N)表示解析度為1280x720時的第N條線，第6圖之類比訊號格式中的數字(如1,2,3,…,39,40,41,…,M)表示解析度為1920x1080時的第M條線。
該解碼器20包括第一濾波模組22、第二濾波模組23及轉換模組26。於一實施例中，該解碼器20更包括類比數位轉換模組21、亮度處理模組24及彩度處理模組25。
該第一濾波模組22及第二濾波模組23用以接收該第一訊號以分別分離出該亮度訊號及該彩度訊號，其中，該第一濾波模組22及第二濾波模組23之截止頻率係大於該第一特定頻率且小於該第二特定頻率。
於一實施例中，當高解析複合視訊廣播訊號之解析度為1280x720時，截止頻率可設定為略大於9.7MHz，使得 截止頻率位於9.7MHz與11.475MHz之間；當高解析複合視訊廣播訊號之解析度為1920x1080時，截止頻率可設定為略大於21.8MHz，使得截止頻率位於21.8MHz與24MHz之間。如此一來，該第一濾波模組22可使用數位低通濾波器，該第二濾波模組23可使用數位高通濾波器，來分別分離出亮度訊號及彩度訊號。
在解碼器20接收該第一訊號並經第一濾波模組22及第二濾波模組23分別濾波之前，該第一訊號可先經過類比數位轉換模組21，將該第一訊號從類比格式轉換成數位格式後，再傳送至第一、第二濾波模組22、23進行處理。
亮度處理模組24係用以調整該第一濾波模組22所分離出的該亮度訊號，即可依據使用者需求，將該亮度訊號作偏亮或偏暗的調整；該彩度處理模組25係用以調整該第二濾波模組23所分離出的該彩度訊號，即可依據使用者需求，將該彩度訊號作偏紅、偏藍或偏綠等顏色調整。
該轉換模組26則可接收該第一、第二濾波模組22、23所分別分離出之亮度訊號及彩度訊號，或是接收經亮度處理模組24及彩度處理模組25處理後之亮度訊號及彩度訊號，將該亮度訊號及彩度訊號轉換成顯示單元40所能接收之第二訊號，其中，該第二訊號係為BT 1120格式。
於一實施例中，該編碼器10或解碼器20內的各模組，可整合成一顆積體電路，本發明並不以此為限。
請參閱第2圖，本發明之複合視訊廣播訊號之編碼方法，於步驟S01中，係將影像感測器之數位訊號依據一公 式分離出亮度訊號及彩度訊號，該公式為習知技術，於此不再贅述。接著進至步驟S02。
於步驟S02中，係調整該亮度訊號及該彩度訊號，即可依據使用者需求，將該亮度訊號作偏亮或偏暗的調整，或將該彩度訊號作偏紅、偏藍或偏綠等顏色調整。接著進至步驟S03。
於步驟S03中，係將該亮度訊號及該彩度訊號轉換成國際電信聯盟(ITU)所規範的BT 1120格式。接著進至步驟S04。
於步驟S04中，係以第一特定頻率對該亮度訊號進行濾波，且以第二特定頻率對該彩度訊號進行調變，其中，該第二特定頻率大於該第一特定頻率。
於一實施例中，在高解析複合視訊廣播訊號之解析度為1280x720時，該第一特定頻率為9.7MHz，該第二特定頻率為11.475MHz。於另一實施例中，在高解析複合視訊廣播訊號之解析度為1920x1080時，該第一特定頻率為21.8MHz，該第二特定頻率為24MHz。接著進至步驟S05。
於步驟S05中，將已濾波之亮度訊號及已調變之彩度訊號一起編碼為第一訊號，即完成本發明之高解析複合視訊廣播訊號之編碼方法。之後可再於步驟S06中，將該第一訊號從數位格式轉換成類比格式後，再進行傳送。
請參閱第3圖，本發明之高解析複合視訊廣播訊號之解碼方法係對應前述之編碼方法。於步驟S11中，係接收前述編碼方法所編碼之第一訊號。接著進至步驟S12。
於步驟S12中，係將該第一訊號從類比格式轉換成數位格式。接著進至步驟S13中。
於步驟S13中，藉由一濾波手段將該第一訊號分離出亮度訊號及彩度訊號，其中，該濾波手段所使用的截止頻率係大於該亮度訊號之頻率且小於該彩度訊號之載波頻率。於一實施例中，該濾波手段為使用數位低通濾波器及數位高通濾波器進行濾波。
於一實施例中，當高解析複合視訊廣播訊號之解析度為1280x720時，截止頻率可設定為略大於9.7MHz，使得截止頻率位於9.7MHz與11.475MHz之間；當高解析複合視訊廣播訊號之解析度為1920x1080時，截止頻率可設定為略大於21.8MHz，使得截止頻率位於21.8MHz與24MHz之間。接著進至步驟S14。
於步驟S14中，係調整該亮度訊號及該彩度訊號，即可依據使用者需求，將該亮度訊號作偏亮或偏暗的調整，或將該彩度訊號作偏紅、偏藍或偏綠等顏色調整。接著進至步驟S15。
於步驟S15中，係將亮度訊號及彩度訊號轉換成顯示單元所能接收之第二訊號，其中，該第二訊號係為國際電信聯盟(ITU)所規範的BT 1120格式。
藉由本發明之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統及其編解碼方法，相較於傳統標準解析複合視訊廣播訊號之方式，不會將亮度訊號當成彩度訊號，亦不會將彩度訊號當成亮度訊號，因此不會在黑白明暗交界處產生錯誤顏 色。此外，本發明之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統及其編解碼方法更可實現在現有同軸電纜中傳輸超過300公尺的距離，且能夠傳送高達解析度為1280x720或1920x1080之高解析複合視訊廣播訊號，而不需重新佈線及更換原有設備，具有節省成本之優異功效。
上述實施形態僅為例示性說明本發明之技術原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此技術之人士均可在不違背本發明之精神與範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。然任何運用本發明所教示內容而完成之等效修飾及改變，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。而本發明之權利保護範圍，應如下述之申請專利範圍所列。
1‧‧‧高解析複合視訊廣播訊號轉換系統
10‧‧‧編碼器
11‧‧‧前處理模組
12、24‧‧‧亮度處理模組
13、25‧‧‧彩度處理模組
14、26‧‧‧轉換模組
15‧‧‧編碼模組
16‧‧‧數位類比轉換模組
20‧‧‧解碼器
21‧‧‧類比數位轉換模組
22‧‧‧第一濾波模組
23‧‧‧第二濾波模組
30‧‧‧影像感測器
40‧‧‧顯示單元
50‧‧‧同軸電纜

Claims (21)

  1. 一種高解析複合視訊廣播訊號轉換系統，包括：編碼器，包括：前處理模組，用以將數位訊號分離出亮度訊號及彩度訊號；及編碼模組，係接收該前處理模組所分離出之該亮度訊號及該彩度訊號，以第一特定頻率對該亮度訊號進行濾波，且以第二特定頻率對該彩度訊號進行調變後，將已濾波之該亮度訊號及已調變之該彩度訊號一起編碼為第一訊號，其中，該第二特定頻率大於該第一特定頻率；以及解碼器，包括：第一、第二濾波模組，用以接收該第一訊號以分別分離出該亮度訊號及該彩度訊號，其中，該第一、第二濾波模組之截止頻率係大於該第一特定頻率且小於該第二特定頻率；及轉換模組，係接收該第一、第二濾波模組所分別分離出之該亮度訊號及該彩度訊號，以將該亮度訊號及該彩度訊號轉換成第二訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統，其中，該編碼器更包括亮度處理模組及彩度處理模組，係分別連接該前處理模組，該亮度處理模組係用以調整該前處理模組所分離出的該亮度訊號，該彩度處理模組係用以調整該前處理模組所分離 出的該彩度訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統，其中，該編碼器更包括轉換模組，係連接該亮度處理模組及該彩度處理模組，用以將該亮度訊號及該彩度訊號轉換成BT 1120格式。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統，其中，該編碼器更包括數位類比轉換模組，用以將該編碼模組所編碼之該第一訊號從數位格式轉換成類比格式。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統，其中，該第一特定頻率為9.7MHz，該第二特定頻率為11.475MHz。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統，其中，該第一特定頻率為21.8MHz，該第二特定頻率為24MHz。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統，其中，該解碼器更包括類比數位轉換模組，用以接收該第一訊號並將該第一訊號從類比格式轉換成數位格式，以傳送至該第一、第二濾波模組。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統，其中，該解碼器更包括亮度處理模組及彩度處理模組，該亮度處理模組係用以調整該第一濾波模組所分離出的該亮度訊號，該彩度處理模組係用以調整該第二濾波模組所分離出的該彩度訊號。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統，其中，該第二訊號係為BT 1120格式。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之高解析複合視訊廣播訊號轉換系統，其中，該第一濾波模組為數位低通濾波器，該第二濾波模組為數位高通濾波器。
  11. 一種高解析複合視訊廣播訊號之編碼方法，包括：將數位訊號分離出亮度訊號及彩度訊號；以第一特定頻率對該亮度訊號進行濾波，且以第二特定頻率對該彩度訊號進行調變，其中，該第二特定頻率大於該第一特定頻率；以及將該亮度訊號及該彩度訊號一起編碼為第一訊號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之編碼方法，其中，當該高解析複合視訊廣播訊號之解析度為1280x720時，該第一特定頻率為9.7MHz，該第二特定頻率為11.475MHz。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之編碼方法，其中，當該高解析複合視訊廣播訊號之解析度為1920x1080時，該第一特定頻率為21.8MHz，該第二特定頻率為24MHz。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之編碼方法，對該亮度訊號進行濾波及對該彩度訊號進行調變之前，更包括調整該亮度訊號及該彩度訊號之步驟。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之編碼方法，對該亮度訊號進行濾波及對該彩度訊號進行調變之前，更包括將 該亮度訊號及該彩度訊號轉換成BT 1120格式之步驟。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之編碼方法，更包括將該第一訊號從數位格式轉換成類比格式之步驟。
  17. 一種高解析複合視訊廣播訊號之解碼方法，包括：接收如申請專利範圍第11至16項中任一項所述之第一訊號；藉由一濾波手段將該第一訊號分離出亮度訊號及彩度訊號，其中，該濾波手段所使用的截止頻率係大於該亮度訊號之頻率且小於該彩度訊號之載波頻率；以及將該亮度訊號及該彩度訊號轉換成第二訊號。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之解碼方法，於接收該第一訊號後，更包括將該第一訊號從類比格式轉換成數位格式之步驟。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之解碼方法，將該第一訊號分離出亮度訊號及彩度訊號後，更包括調整該亮度訊號及該彩度訊號之步驟。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之解碼方法，其中，該第二訊號係為BT 1120格式。
  21. 如申請專利範圍第17項所述之解碼方法，其中，該濾波手段為使用數位低通濾波器及數位高通濾波器進行濾波。
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