视频传输的行同步跳频或帧同步跳频的方法和装置 发明背景
【技术领域】
本发明涉及视频信号的传输，具体讲，涉及利用行或帧同步跳频的视频信号的传输。
相关技术
视频信号的传输涉及在发射单元和接收单元之间的视频亮度信号的传输。视频亮度信号的产生是通过垂直和水平光栅扫描视频显象管上的视频图象来实现的。光栅扫描包括水平行回扫描时间，在回扫描期间，当扫描返回到初始位置准备扫描下一水平行时，行同步脉冲将视频信号消隐成黑电平状态。在扫描从电视图象的右下角返回到左上角的垂直帧回扫描期间，发射垂直扫描同步脉冲。
图1示出了一个以前用于视频传输的视频波形。视频信号2表示在某一时间内图象亮度的变化。视频信号2由规则出现的行同步脉冲6分成多个行扫描周期4。在行扫描回扫期间，将视频信号2消隐成黑电平来防止当扫描光点从屏幕的右侧返回到左侧时有多余的行被扫入。对于彩色电视图象来说，给视频信号增加了彩色信号(图中未示出)。然而，这并没有从物质上改变图1所描述视频波形。
每扫描625行后，在两个视频画面之间插入一个同步脉冲8以分开两帧画面。在帧回扫描期间，帧同步脉冲8允许帧扫描返回到下一个视频画面的顶部。帧同步脉冲同步处理在视频信号接收机中的垂直扫描发生器。在帧回扫描期间，将视频信号消隐成黑电平来防止当扫描光点从视频画面的右下角返回到左上角时在屏幕上产生对角线。
当使用隔行扫描时，每2个视频图象的水平行表示2个垂直扫描周期，在大约经历半个行扫描周期后，垂直扫描从右下角返回到左上角，并开始新的垂直扫描来补入没有包括在前半个扫描周期中地替代行。隔行扫描允许半数的水平行可被频繁地更新两次，以减少图象的抖颤并改善运动图象的扫描效果。因而，每2个垂直扫描周期要传输一个625行的完整图象。
常规视频广播已经使用了残留边带振幅调制。这是一种双边带振幅调制方式，在该方法中用滤波器来压制一个边带的高视频组分以减小传输所需的带宽，残留边带传输对干扰十分敏感。因此，分配有相同频道频率的发射机之间必须留有较宽的地理空间以防止相互干扰。
另一方面，可以使用对干扰不太敏感的频率调制方法来传输混合视频信号。然而，频率调制要求有较宽的带宽。在广播卫星/电子新闻收集设备(BAS/ENG)中使用的是FM视频传输。该系统使用一个特定的adhoc频道分配模式，从而ENG设备要求暂时在一个给定的区域中的某一频率分配设备使用一种频率。
频率分配设备根据彼此之间距离近得足以使信号之间相互产生干扰而为其他用户分配频率。使用相同频率的单个用户彼此之间的距离必须有足够远，从而不致于产生可感觉的视频图象的质量变差。频率分配设备必须在一个足够宽的地理空间分配频率从而保证不会出现干扰。然而足够宽的地理空间降低了频谱的使用效率，造成资源浪费。因而能够高效地使用视频频率传输资源的系统将会带来很好的效益。
发明概述
本发明通过使用跳频技术来传输视频信号的新的方法和装置解决了上述问题。系统的发射部分包括一个用来调制从多个射频载波中选取的射频载波传输的视频信号的调制器。载波根据预定的跳频模式而变化。
通过从视频图象中分离已有的行和帧同步码并代之以跳频同步码和频率变换期来将跳频同步码插入到调制的视频信号中。跳频同步码指示哪一个频率载波带有某一个特定的行和帧的视频信号。频率改变期提供一个死亡时间，在死亡期内，载波频率可以按照预选的跳频模式从一个频率改变到另一频率。
按照预定的模式调谐无线电接收机，以接收所选定的射频载波运载的跳频视频信号。在无线电接收机中，检测跳频同步码并用它来控制无线电接收机的调谐。将检测的跳频同步码从视频信号中分离掉并再插入行和帧同码。并通过存储器和数字信号处理器组合结构将接收的视频信号进行数字化处理，这种组合结构按照预选的标准检测视频信号的传输误差。通过用视频信号的其它行或帧取代有误差的行或帧的方法可将那些不能满足标准的视频信号进行校正。
附图的简单描述
为了对本项发明有一更全面的理解，下文结合附图提供了较详细的说明。
图1是一个已有技术的视频信号的示意图；
图2是一个包括有频率变化时间和行同步码的跳频视频信号的示意图；
图3是一个说明跳频视频信号发射机的框图；
图4是一个未做减小干扰处理的跳频视频接收机的框图；
图5是一个包括有干扰减小处理的跳频视频接收机的框图；
图6是一个说明跳频接收机的处理器执行功能的流程图。
本发明的详细描述
参见图2，图2示出了本项发明的跳频视频信号，视频信号包括2个行扫描周期10，每一个行扫描周期包括再产生单个视频图象行所需的全部信息。行扫描周期10包括亮度/色度信号15和水平扫描回扫周期20。视频亮度/色度信号15表示在一个视频帧的行扫描周期内图象亮度的变化情况。水平扫描回扫周期20提供光栅扫描从图象帧的左侧返回到右侧所需的时间。
本发明的行扫描周期10的长度与目前所用的行扫描周期相同，水平扫描回扫描周期20的长度亦是如此。然而，水平扫描回扫周期20分成一个频率改变期25和一个行同步码30。频率改变期25提供一个时隙，在此期间跳频载波信号可以在不同的频率之间切换。行同步码包括一个标识视频帧行号的二进制码，它与行扫描周期10有关。例如，行同步码30a是一个10位二进制码(1011011101)，翻译成行号是733，而行同步码30b标识下一个行号为734。避免使用诸如0000000000和1111111111码，因为它们难以检测。通过利用不同的行同步码可以识别图象帧的每一个行号，从而不需要特定的帧同步信号。这是因为图象帧的第一个行号总是指示图象帧的开始位置，因而不需要帧同步码信号。
参见图3，图3示出的是一个跳频视频信号发射机。镜头40将图象聚焦在视频电子管45的光敏电极上。在光敏电极的表面产生与光有关的电荷，根据电荷的分布重放图象的画面。水平扫描发生器50和垂直扫描发生器55在视频电子管45中偏转(引出)电子束来沿水平扫描行在不同的点顺序地扫描光敏电极并检测电荷，直到整个电荷图象扫描完为止。这样就产生了一个单个视频图象。然后重复执行下一帧的扫描操作。电子束检测的电荷变化作为亮度信号(如果是黑白的图象)或作为表示图象三个基本颜色组分之一的亮度信号(如果是彩色图象)进行输出。
彩色摄像机有三个视频电子管45。每一个视频电子管45对应不同的基本颜色组分。在传输之前RGB将三种颜色组分信号转换成亮度信号和彩色信号给混合视频转换器(图中未示出)。
水平扫描发生器50的控制信号使行同步开关60同步，从而在水平扫描回扫周期20中(图1)，在视频信号中插入一个空白信号或行同步脉冲。类似地，垂直扫描发生器55使帧同步开关65同步，从而在垂直扫描回扫时，在视频信号中插入一个帧同步信号。在另一个实施例中，视频电子管45可有选择地用其它的固态器件来代替。
摄像机35的视频信号输入给同步处理器70，将来自电视摄像机35的视频信号执行用于传输的同步跳频处理。同步处理器70在常规组合视频信号中检测行同步和帧同步信号，并用上文图2所述的频率改变期25和行同步码30取代常规同步信号。同步处理器70始终跟踪要在处理时插入到图象的每一行中的合适的行同步码30。
同步处理器70还产生一个加电/掉电谐波信号71给发射功率放大器80来在改变频道的频率期间控制发射。在改变频道频率时，谐波信号71中断信号的发射，并在跳频期间根据频道频率改变的完成情况恢复信号的发射。
根据同步处理器70发射的行和帧同步码，跳频控制器75产生随机跳频频道顺序。跳频控制器75控制频率合成器85产生要与视频信号进行调制的跳频载波信号的方式。跳频控制器75可以以不同的方式通过编程来产生跳频载波信号。
在第一种状态，视频帧的每一行具有一个相关频率，在这种相关频率中，每一个帧信号的频率序列是固定不变的。另一方面，用于每一行的频率序列可以根据帧计数器在不同的帧中有所变化。由于视频图象每一行的载波频率是变化的，因此可以把这种状态称作是视频的快速跳频传输状态。
在第二种状态，即称之为视频慢速跳频传输状态，载波频率仅在每一个视频信号的视频帧之间变化。因此，可以利用同一个载波频率传输整个帧信号。载波频率只能在帧之间有所变化，在同一帧的不同行之间不能变化。
在调制器90中将频率合成器85产生的载波频率信号与视频信号进行调制。然后由功率放大器80将调制的信号进行放大，用来发射给视频接收机。
参见图4，图4示出的是一个用来接收跳频视频信号的视频接收机。通过天线100接收发射的视频信号，然后利用调谐滤波器105和RF放大器110将信号进行滤波和放大处理。调谐滤波器105通过调谐控制器115按照跳频控制器120输出的信号在不同的载波频率之间动态调谐。
混频器125通过将放大的视频信号与局部振荡器130输出的局部振荡器信号一起进行外差转换来将放大的视频信号转换成合适的中频信号。本机振荡器130由频率合成器135控制，频率合成器135可以根据跳频控制器120的控制信号快速地改变频率。
混频器125将IF信号提供给所需的工作频道。IF滤波器140和IF放大器145将IF信号作进一步滤波和放大处理，以获取有足够高信号强度的信号用于解调。解调器150解调IF信号来重放出复合视频信号。
将解调器150解调的视频信号加到行同步码检测器80来确定发射机的同步处理器70(图2)插入的行同步码的结构。行同步码检测器155输出的是一个10位代码，它表示所检测的哪一个码为最强的码。例如，检测时间与跳频控制器120提供的抢先码相关联的峰值有关。另一方面，检测时间也可以由接收的同步码信号中的1/0电平叉数计算而得。
跳频控制器81使用与锁相回路相似的飞轮同步技术，通过比较根据过去的平均值预测的数据来检测定时码，并利用产生的“加速”或“减速”信号使跳频控制器同步，从而在平均水平上接收信号。然后，跳频控制器120控制行同步开关160的输出来在解调器150的输出信号中去掉行同步码并再插入常规帧同步信号。与之相似，控制输出被加到帧同步开关165上，以去掉行同步码，并再插入常规的帧同步信号。
视频信号发射和接收系统使用的跳频技术既可以采用随机跳频也可以采用正交跳频。正交跳频20保证多个邻近的用户不会在同一时间选择相同频率的频道，并保证其相互之间不会有干扰。例如，相互之间正交的用户必须及时使用GPS卫星信号作时间基准来及时同步。与干扰源较远的用户可以使用与距他们最近的潜在的干扰相正交的跳频。这样就形成了一个第二个正交组，它与第一个正交组不正交。当用户的总数大于可用频道的数量时，不可避免地要再用某些频率，从而产生干扰。然而，通过使用所述的本项发明，在同一对共波道系统之间不会总有干扰，但是，由于跳频，也会随机地出现一些干扰。这样就取得了称之为“干扰平均”的效果，并避免了需要作最坏打算的准备。
图5示出了接收机的另一个实施例，它包括用来实现减少干扰的装置。根据图4所示的接收机，设计成宽频带的跳频接收机170将解调的信号输出给模拟—数字转换器175。模-数转换器175以视频图象的最大水平象元分辨率作为最小的采样频率(例如至少每一个象元采一个样)对解调的信号进行采样。应该保证有足够高的采样率以在每个行同步码的符号或位中提供整数个采样。这样可用根据行号用0电平或1电平的象元总数来表示行同步码符号。
A/D转换器以连续速率将采样输出给缓冲存储器180。缓冲存储器180存储视频信号的多个视频行或视频帧。数字信号处理器185与缓冲存储器180相连，从而可用独立于A/D转换器175来访问存储器。这样使A/D转换器175连续地将采样写入到缓冲存储器180中而不明显地中断数字信号处理器185的工作。
数字信号处理器185包括一个能够在接收的视频信号中检测和校正干扰的高速计算机。参见图6，图6是一个描述DSP185执行功能的流程图。首先，在190步预测存储器中要处理采样的下一行的开始位置，并预测所期望的行号。然后195步在预测的位置周围搜索预测的行号来确定最大的相关点。在查询200步确定在预测的位置附近是否正确地检测出期望的行代码，或确定是否有误差。
如果没有误差，在查询步骤210确定下一行的起始位置是否离某一行的第一个采样点太近，查询步骤215确定下一行的起始位置是否离该行的第一个采样点太远。如果出现这两种情况的任何之一，处理进入220步，命令时序发生器给A/D转换器调整改变频率及采样时间。然后处理返回到190步。
如果在200步检测有误差，处理进入查询步骤225，确定视频数据行是否被干扰。检测视频数据行是否被干扰的简单算法包括确定检测的行同步码是否等于预测的行同步码。另一方面，也可以用更复杂的算法确定图象帧中相继行信息块的同步码出错率是否很高。
当瞬时接收一个或多个指示不同的多余信号行时，如果接收机指示信号非常强，数据也会被标识为被干扰。在慢速跳频的情况下，可以通过计数在全部625个行码中有多少个行码被正确地接收来判断整个图象的质量是好还是坏。可以在信号帧受干扰之前设置一个指示所允许的误差数的门限值。
在230步校正被干扰的信息，并在235步输出校正后的数据。被干扰数据的校正可以用各种方法来实现。当信号帧或行被干扰时，只能用被干扰的信号帧或行的前后的信号帧或行来代替干扰的帧或行。
更复杂的减小干扰的校正算法包括使用窄带宽频率切除滤波器，在滤波器中，通过使用快速傅立叶变换来在一个或多个扫描行中将从存储器180中采集的样值作频率分析，确定是否有在邻近的行或帧中未曾出现过的主频成份。在反傅立叶变换之前将主频成份设置为0来获取已去掉窄带宽干扰的校正后的信号。通过从接收机中以复杂的数字采样的形式采集未解调的信号时，该方法的执行效果最好，这种数字采样在进行干扰校正之后要在DSP 185中进行数字解调算法处理。另一种在保存无线电信号的向量特征的同时数字化无线电信号的方法在美国专利号为5,048,059的专利中已作描述，在本说明书中引用作参考。
另一种用来校正行干扰数据的干扰减小算法为：通过在同一信号帧的邻近行之间、在连续的信号帧相同的行之间内插像元数据，或从当前的信号帧、前面的信号帧和后面的信号帧中使用8个在被干扰行的行号周围的行来合成再生一个视频像元的干扰行。内插算法并不仅仅局限于一种线性算法。例如，被干扰行前面的信号帧的行可以用前一个信号帧和下一个信号帧中相同行号的信号行来校正，从而确定相互之间的相关度。可以用相关系数从与被干扰的信号帧具有相同行号的前面的信号帧和下一个信号帧中产生一个行加权和，这样，在没有办法的情况下，意味着可以选择前面信号帧的相同行或下一个信号帧的相同行来代替被干扰的行。
减小干扰算法还可以适用于期望的干扰。例如，当给整个图象选择的频道频率可能会被另一个跳频系统使用时，使用GPS卫星来同步所有系统的图象帧的时间。这样干扰就可能是帧同步干扰，并且即使采用差的帧替换算法可以对整个图象取得好的切除效果，并且如果认为图象不好时可以替换掉帧信号。
另一方面，如果选择的帧信号频率处在移动卫星设备的频带内，检测干扰和减小干扰的算法可临时应用于这一情况，这种卫星设备具有不同的干扰特征，例如干扰一定数量的相继行而不是干扰整个图象等。
如果在210步确定新一行的起始位置离该行的第一个采样太近或太远，更新定时发生器250可以往前处理或往后处理，以便提前或滞后给解调和译码处理改变频率。这样还会改变A/D转换器175的采样时间。更新定时发生器250和跳频控制器255控制跳频接收机170和A/D转换器175、260，从而可以合适地解调并译码跳频的视频信号来再生混合视频信号。
尽管在上述说明书中结合附图对本项发明的方法和装置的优选实施例进行了详细描述，但是，本项发明并不仅仅局限于所展示的实施例，任何没有脱离上述发明精神的重配置产品、修改产品以及替代产品均属于下述权利要求书的范畴。