专利名称：从复合视频基带信号中分离色度信号的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从复合视频基带信号中分离出色度信号的一种方法和一种色度-亮度分离器。
从现有技术可知，可采用复合视频基带信号的形式发送用于运动彩色画面的色度和亮度信息。在例如针对彩色电视系统的PAL(逐行倒相)或NTSC(国家标准系统委员会)标准中定义了形成这样的复合视频基带信号的频率交织的色度和亮度信号。
接收机必须包括滤波装置，用来分离复合视频基带信号中的亮度和色度信号，以便能够重构和显示原始画面。
为了从复合视频基带信号中分离出色度信号，传统的电视机包括例如普通的2D空间梳状滤波器，该滤波器在垂直和水平方向上对接收到的视频基带信号进行滤波。为此，空间梳状滤波器包括非递归高通，该非递推高通对两行或四行进行滤波，该高通的输出经由一个带通作为色度信号被提供。这样的空间梳状滤波器例如在Christian Hentschel的“Video Signalverarbeitung(视频信号处理)”(ISBN 3-519-06250-X，第96-119页)中进行了介绍。空间梳状滤波器优于简单的带通与陷波滤波器组合的地方在于，它能够实现滤波器特性对信号特性的更好的适配，这样就能够对于特定图像内容实现更加有效的亮度和色度信号分离。
附
图1是表示针对时间频率等于0Hz的画面(即，非运动画面)的、用于PAL的空间梳状滤波器在Fx/Fy平面内的色度信号带通区域的图示。x轴代表频率Fx，该频率Fx为水平方向上每画面宽度的周期数(cyc/pw)，而y轴代表频率Fy，该频率Fy为垂直方向上每画面高度的周期数(cyc/ph)。该图示出由空间梳状滤波器错误地作为色度信号滤出的频率组合。有色区域特别对于大约在-284cyc/pw和284cyc/pw处的Fx频率以及大约在-234cyc/ph、-78cyc/ph、78cyc/ph和234cyc/ph处的Fy频率而出现。圆圈代表颜色子载波的空间频率。阴影区域代表被错误地认为是色度信号的空间频率。后一种现象也称为串色(crosscolor)。可以看出，每一个有色区域都包括一个圆圈和在垂直方向上连接的阴影部分，每个阴影部分具有大致相同的大小。
替代空间梳状滤波器，可以采用时间梳状滤波器(如场梳状滤波器)来从复合视频基带信号中分离色度信号。用于从复合视频基带信号中分离色度信号的PAL场梳状滤波器同样在上面引用的文献“VideoSignalverarbeitung”中进行了介绍。这种场梳状滤波器在垂直方向上以312行的延迟进行滤波，并且此外还在时间方向上进行滤波。该滤波是对两行和两场进行的。
附图2是表示这样的场梳状滤波器对于非运动画面在Fx/Fy平面上的色度带通区域的图示。该图结构与图1的图相应，并且有色区域出现在相同的频率组合上。不过，可以看出，一方面场梳状滤波器在±78cyc/ph的邻域内的性能明显好于空间梳状滤波器，这是因为相应的有色区域仅包括圆圈而没有垂直方向上的阴影部分。另一方面，在±234cyc/ph的邻域内的有色区域的阴影部分在垂直方向上要大于空间梳状滤波器，并且场梳状滤波器减小了这些频率区域内的分辨率。
上面引用的文献“Video Signalverarbeitung”此外还提到了帧梳状滤波器作为另一种类型的时间梳状滤波器。用于PAL的帧梳状滤波器(其对两行和四场进行滤波)能够对非运动画面实现串色的完全消除。不过，这种类型的滤波器具有需要大存储器的缺点，因此相当昂贵。
为了从复合视频基带信号中分离出色度信号而采用的滤波有利地根据不同场之间检测到的运动量而以经适配的方式使用。在自适应滤波中，在检测到运动的情况下和非运动画面的情况下使用不同种类的滤波。对于自适应滤波，用于PAL的帧梳状滤波器具有额外的缺点，即仅将检测第一场与延迟了四个场的场之间的运动。结果，没有像场梳状滤波器那样检测相继场之间的变化。
文献US 5,502,509描述了一种分离器，该分离器并行地采用了空间梳状滤波器和时间梳状滤波器，以便考虑到画面中的运动。2D自适应滤波器用作空间梳状滤波器，而帧梳状滤波器用作时间滤波器。在附图3中图解说明了这种方法的原理。
附图3是包括求和点31、空间滤波器32、时间滤波器33的框图。所接收到的复合视频基带信号CVBS被馈送到求和点31，并且此外取决于画面中检测到的运动还经由第一开关34馈送到空间滤波器32或时间滤波器33。被馈送了CVBS的对应滤波器32、33的输出经第二开关35作为色度信号而输出。此外，在求和点31处从原始CVBS中减去所提供的色度信号，以便同样也得到CVBS中的亮度信号。该滤波并非一定要仅由空间滤波器32或仅由时间滤波器33来进行。文献US5,502,509提出例如将CVBS同时提供给两个滤波器32、33，并且根据在画面中检测到的运动量以一定比例对两个输出信号进行混合。
虽然这种方法对于画面中不同的运动量调节了滤波，但是并不能针对画面中给定的运动量(例如针对非运动画面)对所有垂直频率最小化串色。因此，对于某些空间频率，典型地是对于±234cyc/ph的垂直频率，输入信号被不正确地解码。
本发明的一个目的是实现经过改进的、简单的从复合视频基带信号中的色度信号分离。本发明的一个特别的目的是减小对于非运动画面的串色。
这些目的是按照本发明使用这样一种方法实现的，该方法包括借助空间梳状滤波器装置在水平和垂直方向上以及借助场梳状滤波器装置在垂直方向上和在时间上顺序地对复合视频基带信号进行滤波，以便从复合视频基带信号中分离出色度信号。这些目的同样是使用一种色度-亮度分离器实现的，该分离器包括实现所提出的方法的空间梳状滤波器装置和场梳状滤波器装置。空间梳状滤波器装置和场梳状滤波器装置对复合视频基带信号的应用顺序不是固定的。
本发明出于这样的考虑期望将空间梳状滤波对某些垂直频率的优点与场梳状滤波对其它垂直频率的优点结合起来。这可以通过所提出的对所接收的复合视频基带信号进行顺序的空间和时间梳状滤波来实现。
本发明的一个优点是减少了不正确地解码的信号数量，即构成亮度信号却被认为是色度信号的信号数量。
本发明的优选实施例从各从属权利要求中变得显而易见。
本发明尤其可以用于(但并非专门用于)补充任何对于PAL和NTSC所采用的场梳状滤波器。本发明此外还尤其可以用于(但并非专门用于)其中必须对复合视频基带信号进行处理以获得YUV(亮度/色度)或RGB(红，绿，蓝)信号的应用中，例如电视机、DVD播放器、PC-TV卡等。
现在将用举例的方法并且参照附图对本发明进行更加详细的说明，其中附图1是表示Fx/Fy平面上的空间梳状滤波器的色度带通区域的图示；附图2是表示Fx/Fy平面上的场梳状滤波器的色度带通区域的图示；附图3是示意地表示公知的色度-亮度分离器的框图；附图4是示意地表示按照本发明的色度-亮度分离器的一个实施例的框图；附图5是表示Fx/Fy平面上的组合的空间和场梳状滤波器的色度带通区域的图示；附图6是表示2D空间梳状滤波器、场梳状滤波器和组合滤波器对色度信号的效果的图示；附图7是表示2D空间梳状滤波器、场梳状滤波器和组合滤波器对亮度信号的效果的图示；附图8是表示按照本发明的色度-亮度分离器的第一更加详细的实施例的框图；附图9是表示按照本发明的色度-亮度分离器的第二更加详细的实施例的框图。
前面已经对附图1到3进行了介绍。
附图4是表示按照本发明的色度-亮度分离器的一个实施例的原理的框图。
分离器的输入端(复合视频基带信号CVBS所馈送到的输入端)一方面连接到求和点41上并且另一方面连接到空间滤波器42的输入端上。空间滤波器42的输出端固定地连接到开关44上，该开关44此外还可与时间滤波器43或第二开关45相连接。第二开关45固定地连接到求和点41上和分离器的色度信号输出端上，并且此外还能够与第一开关44或时间滤波器43的输出端相连接。求和点41的输出端连接到分离器的亮度信号输出端上。时间滤波器43可以例如是仅应用时间滤波的帧梳状滤波器或应用时间和垂直滤波的场梳状滤波器。而且，还提供了运动检测电路，其在附图中未示出。运动检测电路的输出端与开关44、45的对应控制输入端相连接。
提供给分离器的CVBS被转送到求和点41和空间滤波器42。空间滤波器42在空间上对该信号进行滤波。
在运动检测电路基本上没有在当前画面中检测到运动的情况下，开关44、45二者都连接到时间滤波器43上。这样，经过空间滤波的信号就经开关44提供到时间滤波器43，在那里另外对其至少在时间上进行滤波。然后将经过空间和时间滤波的CVBS作为色度信号经开关45提供给分离器的相应输出端。经过空间和时间滤波的CVBS此外还经开关45提供给求和点41，在那里将其从原始CVBS中减掉，在分离器的相应输出端提供作为亮度信号的该差值。
在运动检测电路在当前画面中检测到明显运动的情况下，改为将开关44、45彼此连接起来。这样，经过空间滤波的信号经开关44和45直接作为色度信号被提供在分离器的相应输出端上。此外，经过空间滤波的CVBS经开关44和45被直接转送到求和点41，并且从原始CVBS中将其减掉，差值作为亮度信号被提供在分离器的相应输出端。
附图5是表示在场梳状滤波器与2D空间梳状滤波器相组合时针对非运动PAL画面在Fx/Fy平面上得到的色度带通区域的图示。x轴代表频率Fx，该频率Fx为水平方向上每宽度的周期数(cyc/pw)，而y轴代表频率Fy，该频率Fy为在垂直方向上每高度的周期数(cyc/ph)。该图表示由组合滤波器滤出的作为色度信号的频率组合。有色区域出现在-234cyc/ph、-78cyc/ph、78cyc/ph和234cyc/ph的Fy频率出。圆圈代表色度子载波的空间频率，而阴影区域代表被错误地认为是色度的空间频率。这样，该图的结构与附图1和2中的图的结构相对应。可以看出，2D空间滤波器和场梳状滤波器的顺序应用组合了附图1和2中所示的空间梳状滤波器和场梳状滤波器的优点。更加具体地讲，±78cyc/ph处的颜色区域不包括垂直方向上的任何阴影部分，就像由单纯的场梳状滤波所实现的一样，而同时±234cyc/ph处的颜色区域仅包括垂直方向上的较小的阴影部分，就像由单纯的空间滤波实现的一样。
附图6和7进一步表示了利用PAL空间滤波器和场梳状滤波器进行顺序滤波的效果。附图6中示出了对色度信号的效果，在附图7中示出了对亮度信号的效果。
附图6是表示在时间频率等于零并且水平频率处于283.75cyc/pw的邻域内的情况下、在0cyc/ph和约310cyc/ph之间的垂直频率f的三个不同的色度通带H(f)的图示。这相应于在Fx＝283.75cyc/pw的水平频率下的非运动PAL波带片(zoneplate)在垂直方向上的色度通带。
色度通带H(f)的理想曲线是一条X轴上的水平直线，即H(f)＝0。最差的可能结果是H(f)＝1的水平直线，并且可以由例如水平带通和陷波滤波器的组合实现。
用虚线画出的色度通带H(f)的第一图示曲线61是仅由2D空间梳状滤波器得出的曲线，因此对应于附图1。该曲线61具有两个最大值，第一个在垂直频率78cyc/ph上，第二个在垂直频率234cyc/ph上。这些频率恰好是在用2D空间梳状滤波器进行滤波时PAL波带片中的有色圆圈所处的垂直频率。
用点线画出的色度通带H(f)的第二图示曲线62是仅由场梳状滤波器得出的曲线，固此对应于附图2。该曲线62是高通形状的。场梳状滤波器在垂直频率78cyc/ph处明显得到了性能改善。相对于2D空间梳状滤波器以及带通和陷波滤波器组合，该改善为大约为8.4dB。在垂直频率234cyc/ph处，有0.7dB的小改善。不过场梳状滤波器也具有其自己的缺点。在场梳状滤波器曲线62处于2D空间梳状滤波器曲线61上方的每个频率上，场梳状滤波器都将造成比2D空间梳状滤波器大的串色区域。例如，在垂直频率156cyc/ph处，与2D空间梳状滤波器相比，场梳状滤波器在性能上要差得多。在这个垂直频率156cyc/ph上，场梳状滤波器实际上仅比带通和陷波滤波器组合好3dB。这样，场梳状滤波器在垂直频率78cyc/ph处的优势由垂直频率156cyc/ph处的较差性能部分地抵消掉了。
用实线画出的色度通带H(f)的第三图示曲线63是当2D空间梳状滤波器后面跟着场梳状滤波器时得到的曲线，因此对应于附图5。当2D空间梳状滤波器在场梳状滤波器之前时，可以得到两条曲线61和62的组合。从附图6中可以看出，就所关心的串色而言，组合滤波器的性能总是好于或等于单独的滤波器的性能。
附图7是表示在时间频率等于零并且水平频率处于283.75cyc/pw的邻域内的情况下、在0cyc/ph和310cyc/ph之间的垂直频率f的对于PAL的三个不同的亮度通带H(f)的图示。
亮度通带的理想曲线H(f)是一条X轴上的水平直线H(f)＝1。带通和陷波滤波器组合的亮度曲线将是H(f)＝0的直线，这无疑是不希望得到的。
用虚线画出的亮度通带H(f)的第一图示曲线71是仅由2D空间梳状滤波器得出的曲线。用点线画出的亮度通带H(f)的第二图示曲线72是仅由场梳状滤波器得出的曲线。用实线画出的亮度通带H(f)的第三图示曲线73是由2D空间梳状滤波器和场梳状滤波器的组合得到的曲线。
从附图7中可以看出，2D空间梳状滤波器在垂直频率78cyc/ph处损失了所有的分辨率，而场梳状滤波器相比于理想曲线仅损失了0.7dB。不过，在垂直频率158cyc/ph处，场梳状滤波器相比于2D空间梳状滤波器损失了3dB。在垂直频率234cyc/ph处，2D空间梳状滤波器根本没有显示出分辨率，而场梳状滤波器相比于理想曲线损失了大约8dB。而且在亮度路径中，2D空间梳状滤波器和场梳状滤波器的组合表现出了最佳的总体结果。
附图8是按照本发明的分离器的第一更加详细实施例的框图。
附图8的分离器包括用于CVBS的输入端，该输入端与求和点81的第一输入端相连接、与第一2D空间梳状滤波器82的输入端相连接并且与312行延迟83的第一输入端相连接。第一2D空间梳状滤波器82的输出端与场梳状滤波器84的第一输入端相连接。312行延迟83的输出端经第二2D空间滤波器85连接到场梳状滤波器84的第二输入端。场梳状滤波器84的输出端一方面连接到分离器的用于色度信号C的输出端，另一方面连接到求和点81的第二输入端。求和点81的输出端连接到分离器的用于亮度信号Y的输出端。2D空间梳状滤波器82、85和场梳状滤波器84本身在现有技术中是公知的。
输入到分离器的CVBS一方面紧接着由第一2D空间梳状滤波器82进行空间滤波，另一方面首先由312行延迟83进行延迟，然后再由第二2D空间梳状滤波器85进行空间滤波。然后经过空间滤波的信号由场梳状滤波器84进行场梳状滤波。更加具体地讲，在场梳状滤波器84中，从仅经过空间滤波的信号中减去经过延迟和空间滤波的信号，结果得到经过垂直和时间滤波的信号。通过在先进行空间滤波，将场梳状滤波器的垂直工作区域限制到与2D空间梳状滤波器相同的区域。
分离器将经过场梳状滤波的信号作为色度信号C输出。而且，在求和点81处从原始CVBS中减去经过场梳状滤波的信号，以便得到亮度信号Y，该亮度信号Y同样由分离器输出。
在附图8的结构的替换方案中，分离器的CVBS输入端可以仅与求和点以及单个2D空间梳状滤波器相连接，同时该单个2D空间梳状滤波器的输出端一方面直接与场梳状滤波器的输入端相连接，另一方面经312行延迟与场梳状滤波器的输入端相连接。这会减少所需滤波器的数量。
此外还要注意，附图8的电路可以与上面参照附图4描述的开关和运动检测器组合，以便能够当在画面中检测到运动时绕过场梳状滤波器。
此外，在所提出的分离器中还可以实现起到中值滤波作用的非线性滤波器和所谓的“信号线”解决方案，以便解决2D空间梳状滤波器在有色垂直瞬变处的串亮(cross luminance)问题。
应当这样选择场梳状滤波器它能够补偿2D空间梳状滤波器的输出信号中的某些缺陷，例如造成所谓的“悬点(hanging point)”的串亮伪像。而且，应当这样选择2D空间梳状滤波器它们不在有色单线上输出半饱和线，因为这一饱和度的减小会保留在输出信号中并且不能由场梳状滤波器消除。总体来说，为了获得最优结果，所采用的2D空间梳状滤波器和所采用的场梳状滤波器应当彼此很好的匹配，其中考虑滤波器的幅度图以及相位图，从而使得由2D空间梳状滤波器输出的色度信号中的任何不想要的亮度分量都被场梳状滤波器除去。
如果从CVBS信号中减去所得到的单纯的色度信号来得到单纯的亮度信号(如附图8所示)，则亮度信号可能表现出在垂直有色瞬变处的串亮问题。因此，这里提出，一个或多个2D空间梳状滤波器与场梳状滤波器的组合仅用于获得色度信号，而不用于获得亮度信号。
在附图9中示出了表示按照本发明的分离器的一个相应实施例的框图。
附图9的分离器包括用于CVBS的输入端，该输入端与求和点91的输入端相连接、与第一场梳状滤波器92的第一输入端相连接并且与第一312行延迟93的输入端相连接。第一312行延迟93的输出端与第一场梳状滤波器92的第二输入端相连接，并且第一场梳状滤波器92的输出端与求和点91的第二输入端相连接。求和点的输出端与分离器的用于亮度信号Y的输出端相连接。分离器的用于CVBS的输入端同样与2D空间梳状滤波器94的输入端相连接。2D空间梳状滤波器94的输出端一方面与第二场梳状滤波器96的输入端直接连接，另一方面经第二312行延迟95连接到第二场梳状滤波器96的输入端。第二场梳状滤波器96的输出端与分离器的用于色度信号C的输出端相连接。
分离器的包括组件91-93的部分是仅为了从CVBS中分离亮度信号而设置的，而分离器的包括组件94-96的部分是仅为了从CVBS中分离色度信号而提供的。
采用与附图8相类似的方式得到色度信号。首先由2D空间梳状滤波器94对CVSB进行滤波。然后将经过空间滤波的信号一方面直接提供给第二场梳状滤波器96。另一方面，在将其馈送给第二场梳状滤波器96之前，首先由312行延迟95对其进行延迟。然后按照参照附图8描述的那样，由场梳状滤波器96对经过2D滤波的信号进行场梳状滤波，以便获得色度信号C。和附图8中一样，从而将场梳状滤波器的垂直工作区域限制到与2D空间梳状滤波器相同的区域。
为了获得亮度信号，提供了单独的场梳状滤波器92。CVBS一方面被直接转送到场梳状滤波器92，另一方面在由312行延迟93进行了延迟之后被转送到场梳状滤波器92。然后由场梳状滤波器92对CVBS信号进行场梳状滤波，即由场梳状滤波器92从原始CVBS信号中减去经过延迟的信号，结果得到经过垂直和时间滤波的信号。在求和点91处从原始CVBS中减去所得到的信号，以便获得亮度信号Y。在例如156cyc/ph处的分辨率损失(在附图7中指出)可以通过使用具有适当曲线的峰值滤波器进行场梳状滤波之后而被补偿。这一曲线是可以计算出来的，因为场梳状滤波器的特性是已知的。
注意，所描述的本发明的各实施例仅构成多种多样的可行实施例中的一部分。此外应理解，所提出的本发明各实施例中的任何一个都可以以多种方式加以改变和补充。
权利要求
1.一种从复合视频基带信号中分离色度信号的方法，所述方法包括借助空间梳状滤波器装置在水平和垂直方向上、以及借助场梳状滤波器装置在垂直方向和时间上以任何顺序相继地对所述复合视频基带信号进行滤波，以获得所述色度信号。
2.按照权利要求1所述的方法，其中首先借助至少一个空间梳状滤波器对所述复合视频基带信号进行滤波，并且其中随后借助场梳状滤波器对所述经过空间滤波的信号进行滤波。
3.按照权利要求1所述的方法，包括对所述复合视频基带信号在空间上进行梳状滤波以获得第一信号，对所述复合视频基带信号进行延迟并对所述经过延迟的信号在空间上进行梳状滤波以获得第二信号，以及对所述第一和第二信号进行场梳状滤波以获得所述色度信号。
4.按照权利要求1所述的方法，包括对所述复合视频基带信号在空间上进行梳状滤波以获得第一信号，对所述第一信号进行延迟以获得第二信号，以及对所述第一和所述第二信号进行场梳状滤波以获得所述色度信号。
5.按照权利要求1所述的方法，还包括检测由所述复合视频基带信号代表的画面之间是否存在运动，并且在检测到所述画面之间的运动的情况下绕过所述场梳状滤波。
6.按照权利要求1所述的方法，还包括通过从所述复合视频基带信号中减去所述所获得的色度信号而从所述复合视频基带信号中分离出亮度信号。
7.按照权利要求1所述的方法，还包括通过对所述复合视频基带信号进行场梳状滤波并且从所述复合视频基带信号中减去所述经过场梳状滤波的信号而从所述复合视频基带信号中分离出亮度信号。
8.按照权利要求7所述的方法，还包括对由所述相减得到的亮度信号应用峰值滤波。
9.一种用于从复合视频基带信号中分离色度信号的色度-亮度分离器，所述分离器包括空间梳状滤波器装置，用于在垂直方向和水平方向上对信号进行滤波；和场梳状滤波器装置，用于在垂直方向和时间上对信号进行滤波，其中由所述色度-亮度分离器接收的复合视频基带信号是由所述空间梳状滤波器装置和所述场梳状滤波器装置以任何顺序相继处理的。
10.一种图像处理设备，包括如权利要求9所述的色度-亮度分离器。
11.按照权利要求10所述的图像处理设备，其特征在于它是一台电视。
全文摘要
本发明涉及一种从复合视频基带信号中分离色度信号的方法。为了对该分离进行改善，这里提出借助空间梳状滤波器装置在水平和垂直方向上、以及借助场梳状滤波器装置在垂直方向和时间上以任何顺序相继地对所述复合视频基带信号进行滤波，以获得所述色度信号。从而，将不同垂直频率下的空间和时间滤波的优点结合了起来。本发明同样涉及一种包括用于实现所提出的方法的滤波器装置的色度－亮度分离器。
文档编号H04N9/78GK1739301SQ200380108720
公开日2006年2月22日 申请日期2003年12月5日 优先权日2003年1月14日
发明者J·－J·R·M·范登布斯彻 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司