专利名称：梳状滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种梳状滤波器。
背景技术：
许多梳状滤波器使用脉冲-锁定时钟以便采样视频数据。这具有固有的优点，即行和场之间的子载波的相位关系被良好定义。即使在非标准非理想情况中，正交亮度抑制也可以很好。在一个行锁定时钟系统中，与脉冲锁定相反，因为一个偏离行频将减小正交亮度抑制，所以存在具有非标准行频的严重问题。此外，与从一个适当设计的脉冲锁定系统所期望的相比，一个行锁定时钟可能在信号中产生更多的抖动。因此需要对3D-梳状滤波器增加特别的措施。
问题非标准行频假定一个行锁定采样域。在该域中的一个视频信号将具有每行常数个采样，而与行频无关。最坏的情况是该行频可能从额定频率偏离4％，这意味着(给定每行常数个像素)采样频率也改变+和-4％。色度子载波频率几乎是恒定的，因此相对于采样栅格，该子载波频率作为行频的函数将改变-/+4％。
作为一个示例，我们假定0.1％的行频太高。在行锁定栅格上，这在采样一个比额定低0.1％(4433Hz)的彩色子载波之后给出。如果我们取刚好相隔一行的两个点，这两个点将具有120度的子载波相位误差。这些与正交亮度抑制所需的1..2度的精确度相比，如果采取特别的校正措施，很明显行锁定采样栅格只能与一个梳状滤波器结合。
该问题主要关心空间梳状滤波器，因为一般公认的是，时间梳状滤波器在非标准条件下被切断。
抖动水平同步再生的PLL的时间常量通常是许多TV行。这意味着在时间上靠近的行之间的抖动可以忽略，但是对于在时间上相距更远的行(例如场或分得更开)，该PLL不能很好地抑制噪声并且抖动可能变得更大。对于标准TV，这仍然是足够的，但是对于一个梳状滤波器，这种需要就很强烈了，主要由于两个高频子载波的相减需要一个它们之间非常精确的相位。对于PALplus，使用1纳秒的精确度，而行锁定时钟的性能只有其十分一那么精确。
发明内容
特别地，本发明的一个目的是提供一种改进的梳状滤波器。为此，本发明提供一种在独立权利要求中限定的梳状滤波器。有利的实施例在从属权利要求中限定。
根据本发明的优选方面，在梳状滤波器中使用的其它行的相位适于当前行的相位。该相关的工作方法很适合于着手的问题，由于当前行的位置或相位没有改变，因此在梳状滤波器之后不需要移回，并且当前行(的脉冲键码)起参考信号的作用，因此不需要PLL并且错误-锁定不是问题。本发明的一个特别有利的方面的形成是通过借助于相位计和相位校正的组合来校正行锁定采样栅格引起的频率偏离。
参照下面描述的实施例，本发明的这些和其它方面将是明显的并被说明。
附图概述在图示中
图1示出现有技术的梳状滤波器的方框图；图2示出根据本发明的3D亮度梳状滤波器的方框图；图3示出根据本发明的相移校正的一般的方框图；图4示出根据本发明的梳状滤波器的三角学的解决方法的方框图；图5示出根据本发明的具有振幅测量的三角学解决方法的方框图；图6示出根据本发明的相位校正器的三角学实现的方框图；以及图7示出根据本发明的相位校正器的协调旋转数字计算机(Cordic)实现的方框图。
具体实施例方式
图1示出一个现有技术的行锁定梳状滤波器。一个CVBS输入信号施加到一个A/D转换器AD2并且其后由一个3D亮度梳状滤波器3D Y CF进行梳状滤波。将该梳状滤波器输出信号施加到带通滤波器BPF1，以便提供一个彩色信息信号C到彩色解码器COLDEC。该彩色解码器COLDEC提供一个UV信号UV′。从数字化的CVBS信号减去梳状滤波器信号以便形成亮度输出信号Y″。通过由PLL从H和V同步信号获得的行锁定时钟对A/D转换器AD进行时钟同步，H和V同步信号是由同步分离器syncsep从CVBS输入信号提供的。
在图2中，给出3D亮度梳状滤波器的基本结构。3D梳状滤波器是空间和时间滤波器的组合。空间梳状滤波器使用当前行和在同一场中的当前行之上和之下的1(NTSC)或2(PAL)行。时间梳状滤波器使用当前行和在时间上相隔1帧(NTSC)或2帧(PAL)的场。依据局部出现的运动，运动检测器在两个输出之间衰减。为了不损失清晰度而进行最佳正交亮度抑制，带通和高通滤波器被最佳化。
将数字化的CVBS信号施加到行存储器模块LM以便提供行N-2、N和N+2(PAL)或者N-1、N和N+1(NTSC)。在本说明书的剩余部分中，只有PAL的情况将被描述；本领域的技术人员可以容易地将此修改为适合NTSC的实施例。将这些行施加到带通滤波器模块BPF2、相位校正模块PC以及空间梳状滤波器模块SCF，以便提供一个到衰减器F的输入。还将数字化的CVBS信号施加到一个场/帧存储器模块FM以便提供行N-312/N-1250。将行N和N-312/1250施加到抖动校正模块JC，然后施加到时间梳状滤波器TCF以便提供衰减器F的另一输入。衰减器F由运动检测器MD控制，运动检测器MD接收来自行存储器模块LM和帧/场存储器模块FM的信号。将衰减器输出施加到高通滤波器HPF以便获得一个彩色信号，从该行N信号减去该彩色信号以便获得梳状滤波的亮度信号Y′。
首先是一个用于非标准行频问题的解决方法。后面我们将看到该方法在最小的变化下也可以应用于抖动问题。可以计算出对于非标准行频的校正，必须采取相移的形式，该相移对于子载波的所有边频带是相等的。
在图3中示出空间梳状滤波器的校正的一般方框图。图3电路相当于图2中的行存储器模块LM加上相位校正模块PC。在图3中，图2的带通滤波器模块BPF2被省略以便简化说明。将数字化的CVBS信号施加到第一和第二行延迟LD1、LD2。在一个PAL环境中，每个行延迟LD1、LD2延迟两行，而在NTSC环境中，每个行延迟LD1、LD2延迟一行。行延迟LD1的输出提供行N信号。相位计PM比较行延迟LD1和LD2的输出，以便提供一个控制信号到与行延迟LD2的输出耦合并且提供行N-2信号的相位校正器PC2，并且在反转后提供控制信号到接收数字化的CVBS信号并且提供行N+2信号的相位校正器PC1。应注意，我们只需要一个相位计PM，因为我们期望当前行之下的行的相位差是当前行之上的行的相位差的反转。或者，可以连接相位计的输入以便接收CVBS输入信号和第一行延迟LD1的输出、或者CVBS输入信号和第二行延迟LD2的输出、或者CVBS输入信号以及第一和第二行延迟LD1和LD2的输出这三者。
相移器图4示出三角学解决方法的实施例。与图3相比，作出下列的改变。在CVBS输入和相位校正器PC1之间存在一个带通滤波器BPF3和一个希耳伯特(Hilbert)变换模块HT1。一个带通滤波器BPF4位于行延迟LD1的输出和行N输出之间。在行延迟LD2的输出和相位校正器PC2之间存在一个带通滤波器BPF5和一个希耳伯特(Hilbert)变换模块HT2。请注意，在图2的实施例中，带通滤波器模块BPF2也位于行存储器模块LM和相位校正模块PC之间。每个相位校正器PC1、PC2包括两个乘法器和一个用于相加乘法器输出的加法器。相位计PM包括一个用于相乘带通滤波器BPF4和BPF5的输出的第一乘法器、一个用于相乘带通滤波器BPF4和希耳伯特变换模块HT2的输出的第二乘法器、一个接收乘法器输出的低通滤波器模块LPF以及一个接收低通滤波器模块LPF的输出以便提供控制信号到相位校正器PC1和PC2的相位处理模块。
接着我们将基于标准三角学来说明相移器的功能。我们假定具有图4的环境。我们假定输入信号只包含对于梳状滤波器有关的频率。在一个实际的梳状滤波器中，一个带通滤波器将放在相位校正器之前。
脉冲期间的输入信号(只示出子载波)VA＝A·sin(ωt-)VB＝A·sin(ωt)VC＝A·sin(ωt+)对于相位计PM，我们只使用行B和C。对于相位测量，我们需要两个输入加上行C的90度相移型式。这样的信号可以用希耳伯特变换产生，希耳伯特变换是FIR滤波器(见例如[1])的特殊形式，其给出输入和输出之间的标准的90度相移。这样的一个滤波器的例子是[-1，0，-7，0，-38，0，38，0，7，0，1]/64。应注意，这些系数是不对称的。这是这种滤波器的一个基本特性。
输出希耳伯特变换VE＝A·cos(ωt+)现在我们将VB和VC与VE相乘 这些信号被低通滤波并且在至少一个脉冲期间平均的结果VH＝A2cos()VI＝A2sin()因数A2干扰控制功能，因为它将调制相移器的输出信号，所以我们必须将控制信号除以这个(一般是恒定的)振幅。由于一个实际的除法器的代价太高，所以通过修改我们在其上平均相位的像素数量来完成校正。这是“相位处理”模块的一个功能。它的另一功能是采样和保持功能脉冲期间测量的平均结果被存储并被用于在扫描期间校正。所以我们得到有效视频期间的控制信号VJ＝cos()VK＝sin()在扫描期间，我们用控制信号与主要输入信号相乘VP＝VC·VK+VE·VJVP＝A(t)sin(ωt+)cos()+A(t)cos(ωt+)sin()
VP＝A(t)sin(ωt)我们看到VP是按行N-2所需要而想要的相位校正信号。对于行N+2，我们不必单独测量相位，因为它是行N-2的相位的反转。它的校正与行N-2的校正相似。
振幅校正如已经提到的，我们需要规格化相位控制信号。为此，我们使用一个反馈系统。我们测量VJ和VK的振幅VQ=VJ2+VK2]]>假定VJ和VK具有一个振幅误差XVQ＝{X sin()}2+{X cos()}2＝X2VQ用于控制相位处理模块PP中的取平均值如果它小于1，我们必须使用更多的像素用于取平均值，如果它大于1，我们需要更少的像素。如此，以不需要实际除法器的很好的方式来实现除法器是可能的。
与图4相比，在图5中增加了这个控制环路相位处理模块PP的J和K输出被取平方，对平方求和，并且将总和Q施加到相位处理模块PP。看起来好像测量脉冲振幅是困难的，但是如后面我们将看到的，因为它再次使用了对于另一任务已经可用的乘法器，所以它原本是容易得到的。
抖动减少在AD转换或采样率转换期间引入的抖动是一个时移。一个理想的解决方法是在反方向的时移。然而，在这种情况下，时移很小(采样时间的尾数)并且我们只对补偿子载波附近的相对狭窄频带的频率感兴趣。在这些条件下，允许用一个相移来逼进时移并且由此可以使用如上所述的相同的方法。仅有的差别在于在空间域中，我们期望相当慢地改变相移，而在去除抖动的情况中，该相位在每行中改变。因此平均时间常数也许是不同的。
实际实施三角学解决方法上面示出的公式可以直接地实现。通过时间多路复用它们来减少它们的乘法器的数量是可能的。我们在用于测量的脉冲期间使用与用于校正的有效视频期间所使用的乘法器相同的乘法器。因此，用于时间和空间校正组合的乘法器数量只需要8个，节省了6个。在图6的方框图中示出这样的一个多路复用系统。这个实施是空间和时间校正器的组合，正如一个完整的3D梳状滤波器所需要的。该输入是当前行、它的空间邻近行(对于NTSC相距一行，对于PAL相距两行)以及来自以前的1、2或4个场的时间输入。因此，在图6和7中，将输出N+2、N、N-2施加到空间梳状滤波器，而将输出N和相当于一个前一中心行的高通滤波信号N-T施加到时间梳状滤波器(未示出)。
产生正弦和余弦项所需的90度相移器用具有系数[-1，0，-7，0，-38，0，38，0，7，0，1]/64的希耳伯特变换滤波器实现。该滤波器的相移对于所有频率正好是90度。由于在输入和输出之间的振幅转移小于用于非常低和非常高的频率的联合，它可以在1.8和5MHZ之间被使用，这对于我们的目的来说足够了。只有当该输入被带宽限制为通过希耳伯特变换而被正确地移动的频率时，相位测量和相移器才正确地运行。对于空间滤波器，这是通过已经在梳状滤波器中的带通滤波器BPF3-BPF5自动实现的。对于时间滤波器，在它前面不存在这样的滤波器，所以我们必须加入一个(HPF2)。实际上，我们必须加入两个(HPF1、HPF2)，因为在主路径中也必须存在一个滤波器HPF1以便保持动态峰化工作良好。这些滤波器具有系数[-1，0，-6，0，-15，0，44，0，-15，0，-6，0，-1]/64。转移曲线类似于希耳伯特变换的转移曲线，但是其具有线性相位。所有的乘法器是带符号的10比特*带符号的10比特。该输出再次四舍五入成带符号的10比特。图6的实施例的时间部分还包括一个场/帧延迟FM、希耳伯特变换模块HT 3和HT4以及一个带通滤波器BPF6。该空间和时间相位处理模块PPS、PPT包含在两个阶段对I和Q信号取平均值每行在脉冲采样之上取平均值并且存在一个在多行之上的平均值，这包括I和Q信号的振幅规格化。这些切换是在有效视频期间的“a”位置，并且在脉冲期间的“b”位置。
Cordic实现存在另一种实现相位校正器的方式。这是使用Cordic算法，其是一种迭代算法，并可以(根据模式)测量矢量的角度或者对矢量旋转任意角度。一个通常的迭代算法将每个步骤的旋转角度(在第一步骤中是+/-90度，在第二步骤中是+/-45度，在第三步骤中是+/-22.5等等)减半。这是非常密集的计算，因为它包含很多广泛的增值系数。Cordic的巧妙之处在于旋转角度被修改以致所有的增值系数移位。该算法用于许多浮点协处理器中(英特尔、惠普等等)。我们使用它作为飞利浦数字多标准解码器的SECAM解码器(例如SAA7114、SAA7118)中的相位检测器。存在两个基本模式-1对任何矢量旋转这样的一个角度以致输出矢量沿着X轴。通过记住每个迭代步骤的旋转并且把它们加在一起，我们知道总的旋转，所以我们知道输入矢量的角度。这是我们用来测量的模式。-2对矢量旋转一个任意角度。这是我们用来校正的模式。
从文献中可知Cordic可以非常有效的方式用硬件实现，即使对于非常高的数据频率也可有效地实现。展开迭代算法不是必要的。该算法的详细的介绍可以在[2]中找到，为多个可能的硬件实施的例子参考了该算法。
在图7中示出基于Cordic的实现。在用于测量的脉冲期间我们又使用与有效视频期间校正而使用的相同的硬件。最上面的Cordic电路cordic1测量脉冲期间的当前帧的中心行的相位。它校正有效视频期间的当前中心行之下的行。中间的Cordic电路cordic2测量并且校正当前场之上的行。较下面的Cordic电路cordic3测量并且校正先前场的中心行。
这里应注意，两个解决方法之间的基本差别在三角学解决方法中，行之间的相位差被直接测量。在Cordic的情况中，两行的绝对相位被分别测量并且通过两个测量值相减来计算相位差。在组合的空间/时间校正器的情况下，这节省了一个Cordic，因为我们可以使用用于时间和空间测量的当前行的相位计。这意味着我们必须测量当前行的相位、空间相邻行(距离1或2行)和时间相邻行(距离1、2、4场)其中之一。由于我们还需要三个用于校正的Cordic(考虑当前行，空间相邻行和时间相邻行必须被校正)，这是使用Cordic的最有效的实现。为了获得该最少的硬件/软件实现，在测量和校正模式之间需要一些切换。
时间和空间相位处理模块PPT、PPS包含对于每行在脉冲的像素之上取平均值并且在可选择的多行之上取平均值。为了使对所有的相位差的取平均值可靠，施加一个另外的校正，其中包括在180度的相位差。
一个Cordic实现比一个三角学实现更经济。即使一个Cordic的复杂度是乘法器的两倍，使用Cordic方案仍然是具有吸引力的。除尺寸以外还有其它优势测量的相位不依赖于脉冲振幅。不需要(隐含的)除法器。应注意，不管脉冲振幅有多小，相位的精确度都受到损失，但是由于较小的脉冲无论如何较少可见，所以对于精确度的确是需要的。有效使用硬件所需要的切换较少。测量的相位不包含更高的谐波，所以在“处理”模块中需要较少的滤波。需要3个而不是4个希耳伯特变换。所有的三个Cordic同时在同一模式中。这使得时间多路复用它们是可能的。如果时钟频率可以是采样频率的三倍，该硬件可以只由一个Cordic组成。
也有一些缺点一个Cordic的输出信号大于输入。放大倍数是常量(1.647倍)。对此补偿仅有的一个方法是用0.6073与输出相乘，这使得这个解决方法的成本略微更高，但是由于它是与常量的乘法，它不需要一个完整的乘法器。相位计具有一个-π到+π的范围。这意味着在-π不可避免地存在一个跳变。这可以通过在-1024到1023的数字刻度上映射相位来部分地解决。一个带符号的11比特信号将精确地在正确的点溢出。然而，当在多个像素之上取平均值时有些复杂，这导致需要一些额外的硬件或软件。三角学方案不具有任何非线性并且在这方面稍微简单。
总结在此公开的方法解决了工作在行锁定栅格的梳状滤波器不能处理由于正交亮度抑制显著地退化所引起的非标准行频问题，其是通过相对于当前行移动用于梳状滤波的行的相位来解决上述问题的。可以证明对于偏离行和/或子载波频率来说，相移是最可能的补偿并且可以相对便宜地实现，例如使用有限数量的乘法器或者几个Cordic模块。只要抖动不过多，相同方法也可以用于补偿接收机的同步和时钟电路中的抖动。本发明的一方面在于对于相位测量和校正使用相同的硬件是可能的，从而减少了实现的成本。该结果比得上脉冲-锁定梳状滤波器的结果。该电路额外的复杂度不大，主要由于昂贵的硬件(乘法器或者Cordic)可以在脉冲期间的测量和有效视频期间的校正之间共享。Cordic实现给出一个稍微更为健壮的印象，这是由校正信号不依赖于脉冲振幅的事实引起的。
应注意，上述实施例的说明不是限制本发明，并且本领域的技术人员将能够设计许多不脱离所附权利要求的范围的替代实施例。在权利要求中，任何括号内的附图标记不限制该权利要求。单词“包括”不排除存在权利要求中列出的那些元件或步骤之外的元件或步骤。在一个元件前面的单词“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以通过包括几个分离元件的硬件并且通过一个合适地编程的计算机实现。在列举几个装置的装置权利要求中，这些装置的一些可以通过硬件的同一项来实现。在相互不同的从属权利要求中叙述的某个措施不表示这些措施的组合不可以被利用。
文献Enden，Ad W.M.van den，Efficiency in multirate and complexdigital signal processing，Appendix F，Waalre 2001，ISBN 906674 650 5Andraka，Ray，A survey of Cordic algorithms for FPGA basedcomputers，1998(从http//www.andraka.com/cordic.htm可获得全文)
权利要求
1.一种用于补偿在行锁定采样域中的梳状滤波器的误差的方法，该方法包括将一个输入视频信号(CVBS)延迟(LD1、LD2)第一和第二整数行以便获得第一和第二延迟信号；测量(PM)所述输入视频信号(CVBS)和所述第一和第二延迟信号中至少两个信号之间的相位差；以及依据所述相位差相对于所述第一延迟信号校正(PC1、PC2)所述输入视频信号(CVBS)的相位和所述第二延迟信号的相位。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述相位校正步骤(PC1、PC2)包括使一个相位校正输入信号(A、C)乘以第一相位测量信号(L、K)以便获得一个第一乘积；希耳伯特变换(HT1、HT2)所述相位校正输入信号(A、C)以便获得一个希耳伯特变换信号(D、E)；使该希耳伯特变换信号(D、E)乘以第二相位测量信号(M、J)以便获得一个第二乘积；以及对所述第一和第二乘积求和。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述相位差测量步骤(PM)包括希耳伯特变换(HT2)一个相位校正输入信号(C)以便获得一个希耳伯特变换信号(E)；使所述第一延迟信号(B)乘以所述希耳伯特变换信号(E)以便获得一个第一乘积信号(G)；使所述第一延迟信号(B)乘以所述相位校正输入信号(C)以便获得一个第二乘积信号(F)；低通滤波(LPF)所述第一和第二乘积信号以便获得低通滤波信号(H、I)；以及相位处理(PP)所述低通滤波信号(H、I)以便获得相位测量信号(J、K)。
4.一种在行锁定采样域中的梳状滤波器，该梳状滤波器包括用于将一个输入视频信号(CVBS)延迟(LD1、LD2)第一和第二整数行以便获得第一和第二延迟信号的装置；用于测量(PM)所述输入视频信号(CVBS)和所述第一和第二延迟信号中至少两个信号之间的相位差的装置；以及用于依据所述相位差相对于所述第一延迟信号校正(PC1、PC2)所述输入视频信号(CVBS)的相位和所述第二延迟信号的相位的装置。
5.一种彩色电视设备，包括用于调谐和解调一个电视信号以便获得一个视频信号(CVBS)的装置；根据权利要求4所述的梳状滤波器，用于获得亮度和色度信号；用于处理所述亮度和色度信号以便获得显示信号(R、G、B)的装置；以及用于显示所述显示信号(R、G、B)的装置。
全文摘要
在一种补偿在行锁定采样域中的梳状滤波器的误差的方法中，将一个输入视频信号(CVBS)延迟(LD1、LD2)第一和第二整数行以便获得第一和第二延迟信号，在该输入视频信号(CVBS)和该第一和第二延迟信号中至少两个信号之间测量(PM)相位差，并且依据该相位差相对于该第一延迟信号校正(PC1、PC2)该输入视频信号(CVBS)的相位和该第二延迟信号的相位。
文档编号H04N9/78GK1726723SQ200380106148
公开日2006年1月25日 申请日期2003年11月14日 优先权日2002年12月16日
发明者M·W·尼尤文休泽恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司