本发明涉及一个用于处理带有经调幅编码的色度信息的彩色电视信号的系统。 彩色电视信号(如PAL制或NTSC制的信号)不适合于通过高效率的一维或二维变换来进行编码。要对上述的电视信号进行一维或二维变换事实上还是可能的,但是这具有2大缺点:
(1)将能量分散在大量系数上,就象转换基带信号时发生的情形一样,
(2)约束转换维数或缺少图象几何形状和转换工作元件之间的联系。
这种复合信号可用下面的公式来表示:
S(t)=y(t)+C1(t)·Cos(2π·Fsc·t)+C2(t)·Sin(2π·Fsc·t)
其中: ……(1)
y(t):亮度信号,
C1(t),C2(t):色度信号,
π:π常数,
Fh:行频,
Fsc:彩色副载波频率(对PAL制而言等于(1135/4+1/625)·Fh,对NTSC制而言等于(455/2)·Fh)。
在均匀图象信号情况下,y、C1和C2均为常量。而信号S(t)不是常量,这是因为调制引入了一个交流分量。因此,对这种信号进行转换时,即使是恒定图象也会引起大量非零系数,其压缩效率与转换信号是基带信号y(t)、C1(t)和C2(t)时相比大为降低。
这个问题可以通过在信号源和变换器之间插入一个解调器的方法来解决。这样压缩效率可以提高,但信号质量显著下降,其成本也因为增加了解调电路和再调制电路而增加。
本发明为此提供了一个处理系统,该系统在其输入端接收一个如上所述的复合信号,在其输出端提供适合于后续的转换处理、具有与分量信号y(t)、C1(t)和C2(t)相似的统计特性的三个信号。
本发明的优点在于输入该系统地复合信号和分量信号基本上可以用常规的方法加以处理。
本发明采用可变频取样时钟并且对取样信号进行数字处理,从而能通过一维或二维转换对彩色电视信号进行高效率的编码。
本发明能将一个单一的模拟信号转换成三个与分量信号(在PAL制中是y,u,v)具有相似的统计特性的信号。
通过对本发明的系统中得到的信号进行转换编码,能够实现待传输信息的高度压缩。
采用实际上完全一样的硬件来处理上述的复合信号和分量信号也是可能的。
本发明的目的和优点在下面结合附图对实施例的描述中将更为显而易见。
附图中,
图1,是根据本发明的处理系统的方框图。
图2a.是控制信号发生器的电路图。
图2b.是适用于PAL制信号的变频时钟发生器和A/D转换器。
图3.是PAL信号处理器的示意图。
现在结合附图详细描写实施例。
图1,是处理系统的方框图,其中,一个模拟信号(SAI)输入至方框1,根据本发明该方框由一个可变频时钟发生器和一个A/D转换器组成,其输送至一个数字处理器PRO。该数字处理器PRO接着再把三个经处理过的信号送入方框3“冗余变换系统”。
本发明的处理系统由下面二个部分组成;
-采用要求很高的可变取样频率进行A/D转换的第一部分,(1)
-通过精心选定的处理把上面取样后得到的输入信号转换成与信号y、C1和C2中的一个具有相似的统计特性的三个信号py、pC1和pC2的第二部分(2)。
从下面的描述中可以看出,本发明的处理系统中的这一部分能完全反转而不引入差错。从而不会降低信号质量。
第一部分:
本发明中对模拟输入信号SAI进行取样的取样时钟CKct必须满足下列两个主要的约束条件:
1.时钟频率必须等于(或非常接近于)N.Fsc,其中的N是一个整数。
2.它必须每行产生是所采用转换的倍数的大量取样。
满足上述两个约束条件(1)和(2)的一般解决方案是采用二个不同的取样频率,一个用于视频信号中的活动图象部分,另一个用于行同步部分,这两个频率在复合信号的每一部分上都应满足奈奎斯特取样定律。
为清楚起见,以下以PAL信号为例(参见附图2a和2b)。
在模数转换器11中,PAL信号被可变频时钟CK(t)取样。该可变频时钟CK(t)从图2b所示的电路中获得,是一个放关信号频谱含量的函数:在频谱含有较多能量的活动部分,取样时钟达到最高频率CKmax,在行消隐期间,该取样时钟为最小值CKmin。同时处处满足奈奎斯特取样定律。因此就可能在同一行上得到是转换维数(本例中为8)的倍数的大量取样值(本例中为1120)。主时钟C(见图2b)的频率(举个例子可以是2270Fh。可变频取样时钟CK(t)由图2b所示的电路产生,该电路含有一个控制信号发生器12(详细结构示于图2a中)和一个由触发器3A和3B、与非门3C及或门3D组成的时序网络,它们一起把输入频率C2分频或3分频,从而产生可变频取样时钟CK(t)。对于电视信号中的每一行,这个电路以最高频率CKmax(等于2270Fh/2)产生1090个时钟脉冲,以最低频率CKmin(等于2270Fh/3)产生30个时钟脉冲,每行一共产生1120个时钟脉冲。
图2b中的控制电路12被详细示于图2a中。它是由计数器4,译码器5,触发器6C及门电路6A和6B组成。电路12是由与电视信号中的同步信号同相的外部信号Es控制。
为使计数器4与信号ES同相,必须采取下列措施,一般使用一个行频取出电路相对于每一视频行中的某一位置产生一个上升沿。由于该上升沿易受跳动干扰,更一般的是对含有上述上升沿的一般时间间隙进行预检。
一旦计数器4与信号ES锁相,触发器6C的输出端就产生控制信号CO。
如上所述,在本发明的这个实施例中,控制信号发生器是由图2a所示电路来实现的,图2a中的电路由模块1120计数器(方框4),解码器5(解码器5在计数器4达到“30”时产生一个持续时间等于一个时钟脉冲周期的脉冲)、二块门电路6A和6B及触发器6C组成。
在上述的例子中,为复合信号中的活动部分选择的取样频率CK(t)非常接近于4Fsc,这样得到的取样信号是下列型式:
S(KT)=y(KT)+u(KT)·Cos(2π·
Fsc·KT)+v(KT)·SIN
(2π·Fsc·KT) ……(2)
其中:T=1/11350Fh(上述中还使用了通常对PAL制编码信号的叫法C1……u,C2……v。)
在等式(2)中代入Fsc的值,得到下面的等式(3):
S(KT)=y(KT)+u(KT)Cos〔K·π/2+
K·2π/(1135+625)〕+v(KT)
SIN〔K·π/2+K·2π/(1135+
625)〕 ……(3)
第二部分
通过数学运算从等式3中可以得到信号py,PC1和pC2(这个例子还是在图1的系统输入信号SAT是PAL信号的情况下)。
图3中的处理器PRO以下列方式处理四个连续的取样值S1、S2、S3和T4:
py1=S1+S3 pC1=S1-S3
py2=S2+S4 pC2=S2-S4
除非由于相位K·2π/(1135+625)而发生差错,(这里忽略不计),py信号正比于信号y(t)的平均值,信号PC决定了其交流分量的幅度和相位。
对取样值四个一组地重复下面的处理过程。
由于py正比于y(t)的平均信号,因此它具有和分量信号相同的亮度频谱特性,且具有较小的混叠色度误差。信号PC1和PC2具有频谱特性取决于分量信号(在PAL制中是u,v)中的色度成分与色度副载波的取样信号间的线性关系。
上述的运算可以完全反过来,使用不列公式即可在接收端再次得到原始的信号:
S1=(py1+pC1)/2
S2=(py2-pC2)/2
S3=(py1-pC1)/2 (5)
S4=(py2-pC2)/2
图3中以方框图示出的PRO电路由4个串联的8位寄存器1A、1B、1C和1D,另外4个S位寄存器2A、2B、2C、2D)它们自一个均与前4个寄存器1中的一个并联)、8个倒相器I1至I8,2个8位加法器13A和13B和位于输出端的2个9位寄存器5A的5B组成。
对NTSC制信号的处理和处理PAL制信号时相似,其中的差别在于主时钟频率C(它是1820FhMH2)。以及二分频和三分频期间的时钟周期数(这里分别是868和28)。
还需指出的是要实现二维转换,有必要校正从一行进入另一行时发生的相位旋转。在PAL制的情况下,色彩波旋转90°,分量V改变符号。第一个现象是输出信号PC1和PC2的意义相互交换,因此改变这两个信号送入转换电路中的顺序即可加以校正。第二个现象产生了垂直轴调制,其影响只要在部分行中把信号PC1和PC2乘于-1就可以消除。也就是说,在第1、2行中PC1和PC2不变,在第3、4行中倒相,在第5、6行中还是不变……如此循环。
考虑NTSC制时,由于从一行进入另一行时的相位旋转为180°,所以只要隔行地把信号PC1和PC2乘以-1即可实现校正。