专利名称：具有另一种副载波的视频信号处理器的制作方法
技术领域：
本发明涉及与具有较小显示宽高比的传统电视接收机兼容的宽屏幕电视系统。更具体地说，本发明涉及在这种系统中用来对视频信号进行编码/解码的一种方法和设备。
传统电视接收机，例如按照美国和其它国家所采用NTSC广播标准的接收机，具有4∶3宽高比(所显示的图像宽度与高度之比)。近来，对于采用较大宽高比的电视接收机系统发生了兴趣，例如2∶1、16∶9或5∶3，因为与传统电视接收机的4∶3宽高比相比，这种较大的宽高比更加近似或等于人眼视界宽高比。具有5∶3宽高比视频信息的信号已受到特殊的注意，因为这一宽高比近似于电影影片的宽高比，因此，这种信号能够不剪切图像信息而进行发射和接收。但是，简单地发射具有比传统系统增大了宽高比的信号的宽屏幕电视系统，与传统宽高比的接收机是不相兼容的。这使宽屏幕系统难于广泛应用。
因此，希望有与传统电视接收机兼容的宽屏幕电视系统。根据本发明的原理，这里公开了用来对兼容宽屏幕视频信号进行编码和解码的方法和设备，这种宽屏幕视频信号代表着具有比标准4∶3宽高比更大宽高比的图像。
一个根据本发明原理的公开的优选实例包括对视频信号进行编码的设备，包括用于产生视频信号的装置，这个视频信号含有要在周期性的水平行图像的间隔期内进行显示的信息，这种间隔期是以水平行的扫描频率重复出现的。这种视频信号含有亮度分量，它包括占有第一频带的垂直图像细节的信息;色度副载波分量，它被占有第二频带的彩色图像信息所调制;以及表示要显示的图像的给定特性的信息。包括有用来提供另一个副载波信号的装置，这个信号具有在第一和第二频带之间的间置频率。还包括用表示的信息对另一个副载波信号进行调制的装置，调制以后产生一个调制过的另外的副载波信号，其带宽与表示的信息相一致。
作为本发明的另一方面，所产生的视频信号包括具有左侧、右侧和中心视频信息组的宽屏幕信号。所显示图像的给定特性包括高频的两侧视频信息组信息。通过把高频两侧视频信息组信息调制到不是彩色副载波的另一个副载波上，对这种高频信息进行编码。
作为本发明的第三方面，另一个副载波的频率最好是等于半行频奇数倍的间置频率，并且位于亮度垂直细节频带与色度频带之间。
本发明的第四方面，提供了视频信号处理设备，这种设备包括用来对已调制的另一个副载波信号进行解调的装置。
图1示出用于根据本发明原理的兼容宽屏幕电视系统的编码器方框图;
图2-图5画出有助于了解图1系统工作的信号波形;
图6-图10、图12和图12a-12d更详细地示出图1系统的各个方面;
图10a-10c示出与图10所示滤波器网络有关的滤波器结构的各个方面;
图11画出与图1系统中一种特性有关的幅频响应特性;
图13示出包括根据本发明解码器设备的宽屏幕电视接收机的部分方框图;以及，图14更详细地示出图13解码器的一部分。
简短地概述一下要描述的系统是会有帮助的。意图通过标准的(例如，NTSC)通道来传送大宽高比(例如，5∶3)图像的系统，在宽屏幕接收机上应该实现高质量图像显示，同时，在标准4∶3宽高比的显示器上，应该显著减小或消除可以观察到的图像质量劣化。信号压缩技术在图像两侧视频信息组上的应用，是利用了标准NTSC电视接收机显示的行过扫区域，但是，在重新构成宽屏幕图像时，可能在其两侧视频信息组区域内牺牲了图像分辨率。因为时间压缩要产生频域中的扩张，因此，只有低频分量才能经受得起在标准电视通道中的处理，这种标准通道所表现的带宽比宽屏幕电视信号所需带宽更窄。因此，当兼容宽屏幕信号经过压缩的两侧视频信息组在宽屏幕接收机中进行扩张时，在所显示宽屏幕图像的中心与两侧视频信息组之间，在分辨率或高频含量方面形成了显著区别，除非为避免这种影响采取了各种步骤。
附图和有关描述说明了一种用来产生能够通过标准通道进行处理的宽屏幕信号的系统。这种系统还允许宽屏幕接收机在整个显示范围内以良好的图像质量来复现宽屏幕图像。
正如从图1编码器可以看到的那样，空间压缩的应用容许把两侧视频信息组的低频信息挤入标准NTSC信号的行过扫描区域中。通过采用另一个副载波调制技术，使两侧视频信息组的高频信息与通过视频传送通道的标准NTSC信号，以对于标准接收机是透明的方式来共享频谱。
在讨论图1兼容宽屏幕编码系统以前，参考图2中的信号波形A和B。信号A是5∶3宽高比的宽屏幕信号，这个信号A已被变换成信号B所示具有4∶3宽高比的标准NTSC兼容信号。宽屏幕信号A包括左侧和右侧视频信息组部分(每一部分相应于时间段TS，这两个时间段在典型情况下是相等的)，以及与时间间隔TC相应的中心视频信息组部分。
通过把两侧视频信息组的某些信息完全压缩到与时间间隔TO有关的行过扫描区域中，就已把宽屏幕信号A变换成了NTSC信号B。NTSC信号具有行正程时间间隔TA(近似为52.5微秒的持续时间)，TA包括过扫描时间间隔TO和包括着要显示的视频信息的显示时间间隔TD，整个行时间间隔TH近似为63.556微秒的持续时间。对于宽屏幕和NTSC信号，时间间隔TA和TH是相同的。
已经发现，几乎所有的电视接收机具有至少占整个行正程时间TA4%的过扫描时间间隔，即左、右侧各有过扫描2%。当取样速率为4fsc(此处，fsc是彩色副载波的频率)时，每行的时间间隔包括910个像素(图像元素)，其中754个像素构成要显示的行正程图像信息。
回到图1，宽屏幕摄像机10提供具有R、G、B(红、绿、兰)分量和在本实例中为5∶3宽高比的宽屏幕彩色信号。宽屏幕摄像机除了具有较大宽高比和较宽视频带宽以外，基本上与标准NTSC摄像机相同。其中，宽屏幕摄像机的视频带宽正比于其宽高比与每帧总行数的乘积。假定宽屏幕摄像机的扫描速度是恒定的，当增大其宽高比时，使得图像视频带宽和图像信息的行压缩比起用4∶3宽高比的标准电视接收机来显示信号时要相应增大。由于这些原因，为了达到全部NTSC兼容性，必须对宽屏幕信号加以修改。
由图1编码器系统处理的彩色视频信号同时包括亮度和色度信号分量。亮度和色度信号包括低频和高频信息，这些信息在以下的讨论中将分别称为“低频”和“高频”。
为了从R、G、B彩色信号得出亮度分量Y、色差信号分量I和Q，把来自摄像机10的宽带宽屏幕彩色视频信号在装置12中进行矩阵处理。在把宽带Y、I、Q信号利用在滤波器装置16中分开的行低通滤波器(LPF)独立地进行滤波以产生已滤波的信号YF、IF、QF以前，先以4倍彩色副载频(4fsc)速率对宽带Y、I、Q信号进行取样，并利用在模数变换(ADC)装置14中分开的模数变换器，把它们独立地从模拟形式变换成数字形式。这些信号中的每一个信号都是图2中波形A所示的形状。利用滤波器16把亮度信号YF的带宽限制到CEF·4.2MHz，或近似为5MHz，此处，CEF是中心视频信息组扩张系数。这是为了在随后的时间扩张以后，正如将要讨论的那样，把中心视频信息组信号的带宽压缩到NTSC视频信号的带宽4.2MHz所必需的。由于类似的原因，也利用滤波器16把信号IF和QF的带宽限制到CEF·500KHz，或近似为600KHz。因此，滤波器装置16呈现出近似为5.0MHz的亮度截止频率和近似为600KHz的I、Q截止频率。
装置16中Y、I、Q滤波器的带宽与中心视频信息组扩张系数有关，这一系数本身又是利用宽屏幕接收机所显示的图像宽度与利用标准接收机所显示的图像宽度之间差值的函数。具有5∶3宽高比宽屏幕显示器的图像宽度，是具有4∶3宽高比标准显示器的图像宽度的1.25倍。正如下面将要说明的那样，这个系数1.25是初步的中心视频信息组扩张系数;为了计及标准接收机的过扫描区域，以及为了计及在中心与两侧视频信息组之间的边界范围内有意加入的一点点重迭(以后将予解释)，必须调节中心视频信息组扩张系数。由于这些考虑规定CEF为1.19。
为了产生三组输出信号YE、IE、QE，YO、IO、QO，LH、RH、IH、QH，利用两侧-中心视频信息组信号分离器和处理器18，来处理来自滤波装置16的宽带信号。前两组信号(YE、IE、QE，YO、IO、QO)在第一通道中进行处理，第一通道产生包括整个带宽的中心视频信息组分量的信号，以及压缩到行过扫描范围内的两侧视频信息组的亮度“低频”。第三组信号(LH、RH、IH、QH)在产生包括两侧视频信息组“高频”信号的第二通道中进行处理。当把来自这两个通道的输出信号组合起来时，就产生了具有4∶3显示宽高比的NTSC兼容宽屏幕信号。包括装置18在内的电路细节将示于图6、图7、图8，并参考这些图加以讨论。
信号YE、IE、QE包括全部中心视频信息组信息，呈现出与图3中信号YE相同的格式。简言之，信号YE按如下方式得自信号YE。来自装置16的宽屏幕宽带信号YE包括在宽屏幕信号行正程时间间隔内出现的、包括两侧和中心视频信息组信息的第1至第754个象素。宽带中心视频信息组信息(第75至第680个像素)是作为中心视频信息组亮度信号YC通过信号时间分离处理而提取出来的。
为了产生NTSC兼容的中心视频信息组信号YE，对信号YC以中心视频信息组扩张系数1.19(即5.0÷4.2MHz)进行时间扩张。由于以系数1.19进行了时间扩张，所以信号YE呈现出NTSC兼容的带宽(0-4.2MHz)。信号YE占据在过扫描区域TO(第1至第14个和第741至第754个像素)之间的图像显示时间间隔TD(图2)。信号IE和QE分别从信号IF和QF产生，并以信号YE的方式进行类似的处理。
信号YO、IO、QO产生插入到左、右侧行过扫描区域内的低频两侧视频信息组信息(“低频”)。信号YO、IO、QO呈现出与图3中信号YO所示相同的格式。简言之，信号YO按如下方式得自信号YE。宽屏幕信号YF包括与第1至第84个像素有关的左侧视频信息组信息，以及与第671至第754个像素有关的右侧视频信息组信息。正如将要讨论的那样，为了产生具有带宽0-700KHz的亮度“低频”信号，对信号YE进行低通滤波，从该“低频”信号，通过信号时间分离处理，而提取左侧和右侧视频信息组“低频”信号(图3中的信号YL′)。
为了在与第1至第14个像素、第741至第754个像素有关的过扫描区域中，产生具有压缩了低频信息的两侧视频信息组“低频”信号YO，对亮度低频信号YL′进行时间压缩。已压缩的两侧“低频”信号呈现出与时间压缩大小成正比的、增大了的带宽。信号IO和QO分别从信号IF和QF产生，并以信号YO的方式进行类似的处理。
为了产生具有NTSC兼容带宽和4∶3宽高比的信号YN、IN和QN，利用两侧-中心信号组合器28(例如，时间多路复用器)，把信号YE、IE、QE，与YO、IO、QO组合起来。这些信号具有图3所示信号YN的形状。组合器28还包括适当的、用来均衡被组合信号中过渡时间的信号延时电路。在系统的其它地方也包括这种均衡用的信号延时电路，以便根据需要来均衡信号的过渡时间。
利用调制器30，色度信号IN和QN以额定频率为3.58MHz的NTSC彩色副载波(SC)进行正交调制。在把已调制信号加到NTSC编码器36的色度信号输入端上以前，利用2-D(二维)滤波器32，在场(V)和时间(T)方向上对该已调制信号进行低通滤波，这将联系图9予以说明。
在把亮度信号YN加到编码器36的亮度输入端以前，利用3-D(三维)滤波器34，在行(H)、场(V)和时间(T)方向上对该亮度信号进行带阻滤波。通过对亮度信号YN、色差信号IN和QN进行滤波以保证在经随后的NTSC编码以后，可以显着减小亮色交调失真。正如下面将要讨论的那样，亮度滤波器34对位于某一频谱区域内的亮度信号也进行带阻滤波，在该区域中，两侧亮度视频信息组的“高频”信号将要受到调制。
多维空间-时间滤波器，例如3-DHVT/行-场-时间)滤波器34和2-DVT(场-时间)滤波器32、46，具有图10所示结构。具体地说，图10示出一种通过调节加权系数a1-a9，能够呈现出VT带通、VT带阻或VT低通结构的场-时间(VT)滤波器。图10a的表格说明与VT带通和带阻滤波器结构有关的、本申请公开系统中采用的加权系数。HVT带阻滤波器(例如图1中的滤波器34)和HVT带通滤波器(例如包括在图13解码器系统中)，分别包括图10b中所示行低通滤波器1020和VT带阻滤波器1021的组合，以及图10C所示行带通滤波器1030和VT带通滤波器1031。
在图10b的HVT带阻滤波器中，行低通滤波器1020呈现出给定的截止频率并提供经过滤波的低频信号分量。为了产生高频信号分量，在组合器1023中，把经过低通滤波的信号与来自延时装置1022输入信号的延时形式以相减方式组合起来。在把低频分量加到加法组合器1025上以前，利用网络1024把它延时一帧，而且在把高频分量加到加法器1025上以前，利用VT带阻滤波器1021对它进行滤波，以提供一个经过HVT带阻滤波的输出信号。VT滤波器1021呈现出图10a所示VT带阻滤波器系数。
HVT带通滤波器(例如包括在图13的解码器中的)示于图10C，它包括具有给定截止频率的行带通滤波器1030，并级联连接到具有图10a表格中所示VT带通滤波器系数的VT带通滤波器1031。
图10的滤波器包括用来在各个抽头t2-t9上提供顺序的信号延时的、并用来提供总的滤波器延时时间的多个级武存储装置(M)1010a-1010h。把各抽头传送的信号分别加到各乘法器1012a-1012i的一个输入端上。每一个乘法器的另一个输入端分别接受前述取决于要执行的滤波过程特点的加权系数a1-a9。滤波过程的特点也规定了由延时装置1010a-1010h提供的延时时间。
行方向滤波器采用这样的像素存储元件，使得总的滤波器延时时间小于图象一行的时间间隔(1H)。场方向滤波器单独采用行存储元件，时间方向滤波器单独采用帧存储元件。这样，HVT3-D(三维)滤波器包括像素(＜1H)、行(1H)、帧(＞1H)存储元件的组合;而VT滤波器只包括后两种存储元件。为了产生经过滤波的输出信号，把来自元件1012a-1012i的已加权的抽头(相互延时过的)信号在加法器1015中组合起来。
这种滤波器是非递归有限脉冲响应(FIR)滤波器。存储元件所提供的延时特点取决于被滤波信号的类型，在本实例中取决于在亮度、色度、两侧视频信息组“高频”信号之间能够容许交调失真的大小。增大级联存储元件的个数，可以增强滤波器截止特性的陡度。
图1中HVT带阻滤波器34呈现出图10b结构，并从亮度信号YN中去除掉了向上运动的对角线频率的分量。这些频率的分量看上去类似于彩色副载频分量，把这些频率的分量去掉，以便在频谱中形成一个槽，在该槽内把已调制的色度两侧视频信息组的“高频”信号和亮度两侧视频信息组的“高频”信号插入进去。从亮度信号YN中去掉向上运动的对角线频率的分量并不会使所显示的图像产生看得出的劣化，因为已经测定，人眼对于这种频率的分量实际上是不敏感的。滤波器34呈现出1.5MHz左右的截止频率，以便不损伤场亮度的细节信息。
VT带通滤波器32减小色度带宽，使得已调制的色度两侧视频信息组信息能够插入到由滤波器34在亮度频谱中所形成的槽内。滤波器32减小了色度信息的场分辨率和时间分辨率，以致使静止的和运动的边缘稍感模糊，但是由于人眼对于这种影响并不敏感，这种影响不会有或者仅有不重要的后果。
来自编码器36的输出信号C/SL包括要显示的NTSC兼容信息，这种信息是从宽频信号的中心视频信息组得到的，它还包括来自宽屏幕信号中两侧视频信息组、置于NTSC接收机观众看不到的行左、右侧过扫描区域内的已压缩的两侧视频信息组的“低频”(亮度和色度)信号。在扫描区域中已压缩的两侧视频信息组的“低频”，代表宽屏幕显示用的两侧视频信息组信息中的一个构成部分。另一个构成部分(两侧视频信息组的“高频”)的产生在下面叙述。
在两侧视频信息组的“高频”信号处理通道中，处理器18产生LH(左侧视频信息组的亮度“高频”)、RH(右侧视频信息组的亮度“高频”)、IH(I的“高频”)和QH(Q的“高频”)等信号。图4和图5示出这些信号，图6、图7和图8示出用来产生这些信号的装置。
图4中，来自宽屏幕信号YF的信号YH′，包括与左侧视频信息组第1至第84个像素有关的左侧视频信息组高频信息，以及与右侧视频信息组第671至第754个像素有关的左侧视频信息组高频信息。在本实例中，高频信息包括从0.7Mz至5.0MHz的带宽。为了产生左侧视频信息组的一个分量LH(图4)，对于每一行，在YH′的第1至第84个像素之间，对左侧视频信息组“高频”分量以一侧扩张系数进行时间扩张(因而压缩了它的带宽)，并将其变换到由第85至第670个像素占据的中心视频信息组位置上。
同时，为了产生两侧视频信息组的另一个同时存在的分量RH(图4)，对于每一行，在信号YH′的第671至第754个像素之间对右侧视频信息组“高频”分量进行时间扩张，并将其变换到由第85至第670个像素占据的中心视频信息组位置上。同时出现的RH和LH信号中的每一个信号，都呈现出由于两侧视频信息组扩张系数(6.96)引起的压缩过的带宽，扩张系数等于扩张后两侧视频信息组的宽度与原始视频信息组宽度之比。
为了同时产生图5所示两侧视频信息组“高频”信号分量X和Z，利用亮色多路复用器42，把信号LH、RH与信号IH、QH按时间复用。通过在色差信号IH的左、右侧视频信息组“高频”之间插入左侧“高频”高度分量LH(第85至第670个像素)，来产生信号分量X。类似地，通过在色差信号QH的左、右侧视频信息组“高频”之间插入右侧“高频”亮度分量RH(第85至第670个像素)，来同时产生信号分量Z。
含有两侧视频信息组“高频”信息的信号X和Z中的每一个信号，都呈现出0-700KHz的带宽，并利用正交调制器43把它们调制到与行同步的另一个副载波信号(ASC)上。选择另一个副载波信号(ASC)的频率，以保证两侧和中心视频信息组信息之间有足够的隔离度(例如，20-30db)，并且，当利用标准NTSC接收机来显示图像时，没有显著的影响。在本实例中，信号ASC呈现的频率为2.368MHz。
为另一个副载波信号ASC选定的频率2.368MHz，是等于半行频奇数倍的交错频率，即301· (fH)/2 。这一个副载波频率产生细微的、实际上不可察觉的网状线干扰图形，这种干扰图形与由非交错的副载波频率所产生的更严重的“运动的条形”干扰图形相比，并不损伤所显示图像的质量。有利的是，副载波频率2.368MHz有利地落在亮度场细节频带与已调制色度频带之间基本对称的频谱上，如图11所示。结果是，正如从图11可见的那样，已调制的两侧视频信息组“高频”信息占据场细节与色度频带之间的±700KHz的带宽。为了简化这一说明起见，图11并未示出实际整个亮度的频谱，如所周知，该频谱伸展到4.2MHz，并与色度频谱相间置。
有利的是，正交调制允许同时传送两个窄带信号。两侧视频信息组“高频”信号的扩张，使得其带宽受到压缩，这与正交调制要求窄频带相一致。带宽压缩得越厉害，在载波信号与调制信号之间形成干扰的可能就越小。还应该指出，上述对于亮度与色度两侧视频信息组“高频”信号进行按时间复用，以便在正交调制以前产生信号X和Z的技术，只需要一个副载波而不是两个副载波，这是很有利的。而且，由于把两侧视频信息组信息压缩到过扫描区域中，所以大大减小了调制信号的功率，因而也大大减小了调制信号的潜在干扰。
为了减小正交调制信号产生干扰的可能性，在来自调制器43的信号由带通滤波器46在场-时间(V-T)平面内沿对角线轴的方向进行带通滤波以前，利用信号增益为0.25的衰减器44，把该信号加以衰减。当在标准NTSC接收机上进行观看时，已经发现，衰减器44的作用是可以减小因不相关调制的两侧“高频”信号所引起某些类型干扰的可见程度。
由网络44实现的衰减，也可以通过调节滤波器46的加权系数来产生。为了产生宽屏幕NTSC兼容信号，把包括两侧视频信息组“高频”的、来自滤波器46的已滤波正交调制输出信号，在组合器40中与信号C/SL组合起来。在加到射频调制器和发射机网络55，通过天线56进行广播以前，利用数模变换器(DAC)，把NTSC信号变换成模拟形式。
如图13所示，通过天线56来广播的已编码的NTSC兼容宽屏幕信号，是既能被NTSC接收机又能被宽屏幕接收机接收的。但是，在讨论图13以前，请参考更详细地示出图1编码器系统中某些部分的图6-9和图12。
图6示出包括在图1处理器18中，用来从宽带宽屏幕信号YF产生YE、YO、LH、RH信号的设备。为了产生加到减法组合器612一个输入端上的低频亮度信号YL，利用具有截止频率700KHz的滤波器610对信号YF进行行低通滤波。把信号YF加到组合器612的另一个输入端上，并且，在把信号YF通过装置614进行延时以补偿滤波器610所产生的信号处理延时以后，把它加到信号时间分离处理设备616上。把已延时信号YF与已滤波信号YL组合起来，在组合器612输出端上产生高频亮度信号YH。
把已延时的信号YF、信号YH和YL加到信号时间分离处理设备616中分开的输入端上，616包括用来分别处理信号YF、YH、YL的信号时间分离处理装置618、620和621。分离处理装置616的细节将参考图8加以讨论。分离处理装置618、620和621分别得出整个带宽的中心视频信息组信号YC、两侧视频信息组“高频”信号YH和两侧视频信息组“低频”信号YL，如图3和图4所示。
利用时间扩张器622对信号YC进行时间扩张来产生信号YE;同时，时间扩张器624和626扩张信号YH，从而分别产生信号LH和RH。利用能为左、右侧行过扫描区域留出足够位置的中心扩张系数，对信号YC进行时间扩张。中心扩张系数(1.19)是预计的信号YE(第15至第740个像素)的宽度对信号YC(第75至第680个像素)宽度之比，如图3所示。为了产生信号LH利用一侧扩张系数对信号YH′进行扩张。这一侧扩张系数(6.97)是预计的信号LH(第85至第670个像素)宽度对信号YH(第1至第84个像素)的左侧视频信息组分量的宽度之比，如图4所示。通过类似的过程对信号RH进行处理。
利用时间压缩器628，以一侧压缩系数对信号YL进行压缩，来产生信号YO。一侧压缩系数(0.166)是预计的信号YO宽度(例如，左侧第1至第14个像素)对信号YL的相应部分宽度(例如，左侧第1至第84个像素)之比，如图3所示。时间扩张器622、624、626和时间压缩器628可以是图12所示的类型，正如下面将要讨论的那样。
信号IE、IH、IO和QE、QH、QO分别从信号IF和QF以类似于利用图6设备来产生信号YE、YH′、YO时所采用的方式来产生。在这方面，请参考示出用来从信号IF产生信号IE、IH和IO的设备的图7。信号QE、QH、QO以类似的方式从信号QF而产生。
在由装置714延时以后，宽带宽屏幕信号IF被耦合到分离处理设备716上，信号IF还与来自低通滤波器710的低频信号IL在减法组合器712中进行减法组合，从而产生高频信号IH′。利用与分离处理设备716有关的分离器718、720和721，分别把已延时信号IF、信号IH′和IL分离，从而产生信号IC、IH和IL′。利用扩张器722对信号IC进行时间扩张从而产生信号IE，利用压缩器728对信号IL′进行时间压缩从而产生信号IO。正如已讨论过的那样，以类似于对信号YC所采用的中心扩张系数，对信号IC进行扩张;也如所讨论过的那样，以类似于对信号YL′所采用的一侧压缩系数，对信号IL′进行压缩。
应该指出，联系到图6和图7的结构，例如在图6中，在输入信号加到分离器616以前而不是其后就对输入信号进行滤波将有利于避免在输出信号LH、RH和YO中不希望有的信号边缘过渡过程。具体地说，分离器616产生具有陡峭的、被确定好的输出过渡过程，如果对来自分离器616的输出信号进行滤波，则这种过渡过程就会发生畸变(例如被抹平)。
图8说明例如可以用作图6中设备616和图7中设备716的一种分离处理设备816。图8的设备在图6分离器616的范围中加以说明。输入信号YF包括确定图像信息的754个像素。第1至第84个像素确定左侧视频信息组，第671至第754个像素确定右侧视频信息组，第75至第680个像素确定对左侧和右侧视频信息组稍有重迭的中心视频信息组。信号IF和QF呈现出类似的重迭。正如将要讨论的那样，已经发现这种视频信息组的重迭简化了在接收机中把中心和两侧视频信息组组合(拼接)起来，从而基本上消除了边界结构(boundaryartifacts)。
分离处理设备816包括分别与左侧、中心和右侧视频信息组信息有关的第一、第二和第三分离器(DEMUX)装置810、812和814。每一个分离器装置具有一个输入端“A”，信号YH、YF和YL分别加到“A”输入端上;每一个分离器装置还有一个输入端“B”，消隐信号(BLK)就加到“B”输入端上。消隐信号可以是例如逻辑O电平或地电平。只要装置810的信号选择输入端(SEL)接受了来自计数比较器814的、表明左侧视频信息组第1至第84个像素和右侧视频信息组第671至第754个像素出现的第一控制信号，装置810就从信号YH中提取包括左侧和右侧“高频”的信号YH′。在其它时间，来自计数比较器817的第二控制信号使得“B”输入端上的消隐信号而不是“A”输入端的信号YH耦合到装置810的输出端上。装置814和计数比较器820以类似的方式工作，以便从信号YL得出两侧视频信息组的“低频”信号YL′。仅当来自计数比较器818的控制信号表明中心视频信息组的第75至第680个像素出现时，装置812才把信号YF从其“A”输入端耦合到其输出端从而产生中心视频信息组信号YC。
借助来自计数器822的脉冲输出信号〔该脉冲输出信号对应于4倍彩色副载频(4fSC)的时钟信号，并对应于得自视频信号YF的行同步信号H〕，使计数比较器817、818和820同步于视频信号YF。来自计数器822的每一个输出脉冲对应于沿着行方向的一个像素位置。计数器822呈现出计数值为-100的起始偏置，这个计数值对应于从位于瞬间THS的负向行同步脉冲的起点开始到行消隐期间结束的100个像素，在行消隐期间结束的瞬间，第1个像素出现于行显示期间的起点上。因此，在行显示期间的起点上，计数器822呈现出计数值“1”。也可以利用其它的计数器结构。显然，分离处理装置816所采用的原理，也可以应用于用来执行信号组合操作的多路复用设备上，例如用于图1中两侧和中心视频信息组组合器28所执行的那种操作。
图9示出适合于执行图1编码器36所用的NTSC编码过程的、用来产生信号C/SL的设备。
图9中信号IN和QN以4倍彩色副载频(4fSC)而出现，并分别被加到锁存器910和912的信号输入端上。为了使信号IN和QN被送入锁存器910和912，锁存器910和912还接受4fSC的时钟信号，此外，还接受2fSC的开关信号，该开关信号加到锁存器910的倒相开关信号输入端和锁存器912的不倒相开关信号输入端上。
把锁存器910和912的信号输出端组合成单输出线，其上信号I和Q交替出现，并将其加到不倒相锁存器914和倒相锁存器916的信号输入端上。这些锁存器在4fSC时钟控制下工作并分别在倒相输入端和不倒相输入端上接受彩色副载波频率fSC的开关信号。
不倒相锁存器914产生正极性I和Q信号的交替输出序列，倒相锁存器916产生负极性I和Q信号的交替输出序列，即-I、-Q。把锁存器914和916的输出端组合成单输出线，其上出现极性相反的成对I和Q信号的交替输出序列，即I、Q、-I、-Q……等。在加法器918中，把这些信号与亮度信号YN组合起来，以产生形式为Y+I、Y+Q、Y-I、Y-Q、Y+I、Y+Q……等等的NTSC已编码信号C/SL。
图12说明可用于图6和图7中时间扩张器和时间压缩器的光栅变换设备。在这方面，请参考说明变换过程的图12a波形。图12a示出其中间部分是在第84至第670个像素之间的输入信号波形S，这个部分是想要借助于时间扩张过程而把它们变换到输出波形Y的第1至第754个像素的位置上。波形S的端点第84和第670个像素直接被变换成波形Y的端点第1和第754个像素。由于时间扩张的缘故，中间的像素并不直接根据1∶1的关系来变换，在很多情况下并不根据整数关系来变换。在这里说明后一种情况，例如，输入波形S的像素位置85.33对应于输出波形Y的整数像素位置3。因此，信号S的像素位置85.33包括整数部分(85)和小数部分DX(.33)，波形Y的像素位置3包括整数部分(3)和小数部分(0)。
图12中，工作于4fSC频率的像素计数器提供输出的写地址信号M，M代表像素在输出光栅上的位置(1……754)。信号M被加到可编程序只读存储器(PROM)1212上，1212包括一个查找表，查找表包括取决于要执行的光栅交换特点(例如，是压缩还是扩张)的已编程值。根据信号M，PROM1212提供代表整数的输出读地址N，以及代表小数(等于或大于零，但小于1)的输出信号DX。在信号DX为6位(26＝64)的情况下，信号DX呈现出小数部分0、 1/64 、 2/64 、 3/64 …… 63/64 。
可编程序只读存储器1212允许视频输入信号S作为信号N的已存储值的函数进行扩张或压缩。因此，根据像素位置信号M的整数值，提供了读地址信号N的已编程值和小数部分信号DX的已编程值。例如，为了实现信号扩张，使PROM1212以低于信号M的速率来提供信号N。相反地，为了实现信号压缩，使PROM1212以高于信号M的速率来提供信号N。
利用级联连接的像素延时元件1214a、1214b和1214c把视频输入信号S延时，来产生视频信号S(N+2)、S(N+1)、和S(N)，这些信号是视频输入信号相互延时的形式。如所周知，把这些信号加到各个双端口存储器1216a-1216d的视频信号输入端上。把信号M加到每一个存储器1216a-1216d的写地址输入端上，把信号N加到每一个存储器1216a-1216d的读地址输入端上。信号M确定把输入视频信号信息写入存储器的哪个地址内，信号N确定从存储器读出哪个值。存储器可以对一个地址写入，而同时从另一个地址读出。来自存储器1216a-1216d的输出信号S(N-1)、S(N)、S(N+1)和S(N+2)，根据存储器1216a-1216d是读或写操作而呈现出时间压缩或时间扩张格式，这种读/写操作是可编程序只读存储器采取的编程方式的函数。
利用包括峰化滤波器1220和1222、可编程序只读存储器1225、两点线性内插器1230(这些部件的细节示于图12b和图12c)的四点线性内插器，对来自存储器1216a-1216d的信号S(N-1)、S(N)、S(N+1)和S(N+2)进行处理。如图所示，峰化滤波器1220和1222从包括信号S(N-1)、S(N)、S(N+1)和S(N+2)的一组信号中接受3个信号，并接受峰化信号PX。如图12d所示，峰化信号PX是信号DX值的函数，其值从0变化到1，可编程序只读存储器1225根据信号DX来提供PX。可编程只读存储器1225包括一个查找表，并编了程序以便根据给定的DX而产生给定的PX值。
峰化滤波器1220和1222分别向两点线性内插器1230提供已峰化的、互相延时的视频信号S′(N)和S′(N+1)，1230还接受信号DX。内插器1230提供(已压缩或已扩张的)视频输出信号Y，输出信号Y以下列表达式来定义Y＝S′(N)+DX〔S′(N+1)-S′(N)〕上述四点内插器和峰化函数有利地提供具有良好高频细节分辨率的内插函数 (SinX)/(X) 的近似值。
图12b示出峰化滤波器1220、1222、内插器1230的细节。图12b中，把信号S(N-1)、S(N)、S(N+1)加到加权电路1240上;在1240中，这些信号分别以峰化系数- 1/4 、 1/2 、- 1/4 来加权。如图12c所示，加权电路1240包括用来分别以峰化系数- 1/4 、 1/2 - 1/4 去乘信号S(N-1)、S(N)、S(N+1)的乘法器1241a-1241c。来自乘法器1241a-1241c的输出信号在加法器1242中相加以产生峰化信号P(N)。在图12b的乘法器1243中，信号P(N)被乘以信号PX，来产生峰化了的信号，把这个峰化了的信号与信号S(N)相加，来产生峰化了的信号S(N)。峰化滤波器1222呈现出类似的结构和操作。
在两点内插器1230中，在减法器1232内，从S(N+1)中把信号S(N)减掉以产生差信号;在乘法器1234中，该差信号被乘以信号DX。在加法器1236中，来自乘法器1234的输出信号与信号S(N)相加而来产生输出信号Y。
下面参考图13，利用天线1310把广播兼容宽屏幕电视信号接收下来，把它加到NTSC接收机1312的天线输入端上。接收机1312以常规方式处理兼容宽屏幕信号，来产生这样的图像显示其宽高比为4∶3，宽屏幕两侧视频信息组的信息部分地(即“低频”)被压缩到观众看不到的行过扫描区域中，把宽屏幕两侧视频信息组的信息部分地(即“高频”)包括在已调制的另一个副载波信号中，该信号并不干扰标准接收机的工作。
把利用天线1310接收下来的兼容宽屏幕信号还加到能够显示具有较大宽高比(例如，5∶3)视频图像的宽屏幕接收机1320上。利用输入装置1322对接收到的宽屏幕信号进行处理，1322包括射频(RF)调谐器和放大器电路，以及产生基带视频信号的视频解调器。利用其采样频率4倍于彩色副载频(4fSC)的模数变换器(ADC)1324，把来自装置1322的基带视频信号变换成数字(二进制)形式。
把来自模数变换器1324输出端的宽带数字基带信号加到行-场-时(HVT)方向带通滤波器1326上，以便用来提取两侧视频信息组“高频”信号(SH)。滤波器1326呈现出图10c的结构并具有2.368MHz±700KHz的通带。把两侧视频信息组的高频信号加到减法组合器1328的一个输入端上;另一个输入端则接受来自ADC1324而经过装置1330延时过的信号，这个延时是为了补偿与滤波器1326有关的信号处理的延时。
来自组合器1328的输出端的NTSC格式信号C/SL，包括具有整个带宽的中心视频信息组信息和已压缩的两侧视频信息组的“低频”。信号C/SL对应于图1中来自编码器36输出端的信号C/SL。在图13的其余讨论中，把那些具有与图1所示信号相配对的信号以相同的标志标出。
利用解码器装置把信号C/SL解码成其构成分量YN、IN、QN，该解码器装置包括行-场-时间(HVT)方向的带通滤波器1332，1332呈现出图10C的结构并具有3.58±0.5MHz的通带;减法组合器1334;以及响应于副载波信号(SC)的同步正交解调器1336。滤波器1332从信号C/SL中把色度分量分离出来。为了把加到组合器1334上各信号的过渡时间进行均衡而利用网络1333把信号C/SL延时以后，在减法组合器1334中，从信号C/SL中减掉已分离出来的滤波器1332的色度输出信号，以获得亮度信号YN。为了产生色差信号分量IN和QN，利用解调器1336对来自滤波器1332已分离的色度信号进行正交解调。利用两侧和中心视频信息组信号分离器(时间分离器)1340，把信号YN、IN、QN分离成压缩过的两侧视频信息组“低频”YO、IO、QO，以及扩张过的中心视频信息组信号YE、IE、QE。时间分离器1340可以采用前面讨论过的图8中时间分离器816的原理。
为了恢复在宽屏幕信号中两侧视频信息组“低频”(该“低频”正如由恢复出来的两侧视频信息组“低频”信号YL、IL、QL所表示的)的原始空间关系，利用时间扩张器1342，以两侧扩张系数(对应于图1编码器中的两侧压缩系数)，对信号YO、IO、QO进行时间扩张。类似地，为了给两侧视频信息组让出位置，利用时间压缩器1344，以中心压缩系数(对应于图1编码器中的中心扩张系数)，对信号YE、IE和QE进行时间压缩，以便恢复在宽屏幕信号中中心视频信息组信号(该信号正如由恢复出来的中心视频信息组信号YC、IC、QC所表示的)的原始空间关系。压缩器1344和扩张器1342可以是图12所示的类型。在组合器1346中，把恢复出来的两侧“低频”YL、IL、QL与恢复出来的两侧视频信息组“高频”YH、IH、QH组合起来，YH、IH、QH的恢复过程如下。
为了补偿图1编码器中衰减器44所产生的衰减，利用增益为4的放大器1350把来自滤波器1326的两侧“高频”信号SH放大。利用对另一个副载波信号ASC作出响应的解调器1352，对已放大的两侧“高频”信号进行正交解调。把解调出来的两侧“高频”信号X和Z加到如图8所示类型的亮色分离器1354上，以产生两侧“高频”亮度分量LH、RH和色差信号分量IH、QH。具体地说，把信号X分离，以产生信号LH和IH;把信号Z分离以产生信号RH和QH，如图5所示。
利用时间压缩器1356，以一侧压缩系数(对应于图1编码器中的一侧扩张系数)，对左侧和右侧视频信息组“高频”信号进行时间压缩。压缩器1356是参考图12讨论过的类型，1356还把左侧和右侧已压缩的“高频”信号“变换”到每一扫描行中适当的位置上，由此产生在空间上已恢复的两侧视频信息组“高频”信号YH。
利用组合器1346，把在空间上已恢复的两侧视频信息组“高频”YH、IH、QI与在空间上已恢复的两侧视频信息组“低频”YL、IL、QL组合起来，以产生重新构成的两侧视频信息组信号YS、IS、QS。利用拼接器1360，把上述各信号拼接到重新构成的中心视频信息组信号YC、IC和QC上，以形成完全重新构成的宽屏幕亮度信号YF和完全重新构成的宽屏幕色差信号IF和QF。把两侧和中心视频信息组信号分量拼接起来是以这样的方式实现的这种方式实际上消除了在中心与两侧视频信息组之间边界上的可见接缝，正如从下面对于图14所示拼接器1360的讨论中可以看到的那样。
宽屏幕信号YF、IF和QF在加到视频信号处理器和矩阵放大器装置1364上去以前，利用数模变换器1362将它们变换成模拟形式。装置1364的视频信号处理器部件包括信号放大、直流电平移动、峰化、亮度控制、对比度控制和其它具有传统特点的视频信号处理电路。矩阵放大器1364把亮度信号YF与色差信号IF、QF组合起来，以产生表示的彩色图像的视频信号R、G、B。利用装置1364中的显示驱动放大器，把这些彩色信号放大到适合于直接驱动宽屏幕彩色图像显示装置1370(例如，宽屏幕显像管)的电平。
图14中，拼接器1360包括一个网络1410，它用来从两侧视频信息组亮度信号分量YS和中心视频信息组亮度信号分量YC而产生整个带宽的亮度信号YF;它还包括I信号拼接器1420和Q信号拼接器1430，1420和1430在结构和工作方面都类似于网络1410。正如前面提到的那样，使中心视频信息组和两侧视频信息组被有目的地重迭几个像素，例如，10个像素。因此，在拼接以前，在信号编码和传送过程中，中心和两侧视频信息组信号具有共享的几个冗余像素。
在宽屏幕接收机中，从各自的信号中重新构成中心和两侧视频信息组，但是由于对视频信息组的信号执行了时间扩张、时间压缩和滤波，以致在两侧与中心视频信息组边界上的几个像素是有毛病的或产生畸变的。图14中，利用与信号YS和YC有关的波形，来表明重迭区域(OL)和有毛病的像素(为了清楚起见，稍有夸大)。如果各视频信息组没有重迭区域，有毛病的像素就彼此连接起来并将能看到一条接缝。已经发现，为了补偿3至5个有毛病的边界像素，10个像素宽的重迭区域就足够了。
冗余的像素有利地容许两侧和中心视频信息组在重迭区域内混合起来。正如有关波形所示的那样，在把信号YS加到信号组合器1415上去以前，在重迭区域内，乘法器1411把两侧视频信息组信号YS乘以加权函数W。类似地，正如有关波形所示的那样，在把信号YC加到组合器1415上去以前，在重迭区域内，乘法器1412把中心视频信息组信号YC乘以加权函数的补数(1-W)。这些加权函数在重迭区域内呈现出线性斜坡形特性并且包括0与1之间的数值。在加权以后，利用组合器1415把两侧和中心的视频信息组像素相加，使得每一个重新构成的像素是两侧与中心视频信息组像素的线性组合。
加权函数在重迭区域中最靠内部的边界附近最好应该近于1;在最外部边界，应该近于0。这将保证有毛病的像素对重新构成视频信息组边界有较小的影响。所示线性斜坡型加权函数满足这一要求。但是，加权函数并不一定要是线性的;也可以用在端部(即在加权点1和0附近)是曲线或园弧形的非线性加权函数。这种加权函数通过把所示类型的线性斜坡加权函数进行滤波，即可很容易地得到。
加权函数W和1-W能够利用一种网络很容易地产生出来，这种网络包括响应于表示像素位置的输入信号的查找表，和减法组合器。两侧和中心像素的重迭位置是已知的。查找表是这样编程的响应于输入信号，产生相应于加权函数W的从0到1的输出值。输入信号能够以各种方式产生出来，例如，利用由每行同步脉冲同步的计数器。加权函数的补数1-W能够通过从1中减掉加权函数W来产生。
本发明所公开的原理可应用于其它类型的标准广播电视系统中，例如PAL。
权利要求
1.一种用于对视频信号进行编码的设备，它包括产生视频信号的装置(10、12、14、16)，这种视频信号含有要在周期性水平行图象间隔期间显示的信息，这种间隔按水平行扫描频率重复出现，上述视频信号含有亮度分量，它包括占有第一频带的场图象细节的信息；色度副载波分量，它被占有第二频带的彩色图象信息所调制；以及表示要显示的图象的给定特性的信息；用于提供另一个副载波信号(ASC)的装置，该副载波具有在上述第一和第二频带之间的间置频率；以及用以上述的表示信息对上述另一个副载波信号进行调制的装置(43)，调制后产生一个调制过的另一个副载波信号，其带宽与上述的表示信息一致。
2.一种用于对具有大于标准视频信号的宽高比的宽屏幕视频信号进行编码的设备，这种设备包括用来产生宽屏幕视频信号的装置(10、12、14、16)，这种宽屏幕视频信号包括用于在以行扫描频率重复的周期性行图像时间间隔内显示的左侧视频信息组、右侧视频信息组和中心视频信息组的信号信息，所述视频信号具有包括占据第一频带的垂直图像细节信息的亮度分量，以占据第二频带的彩色图像信息来进行调制的色度副载波分量，以及左侧和右侧视频信息组信息;用来提供具有在上述第一和第二频带之间的间置频率的另一个副载波信号(ASC)的装置;以及，用来以上述左侧和右侧视频信息组信息对上述另一个副载波信号进行调制，以产生具有按上述两侧视频信息组信息的带宽而被调制的另一个副载波的装置(43)。
3.一种根据权利要求2的设备，其中所述左侧和右侧视频信息组信息是高频信息。
4.一种视频信号处理设备，这种设备包括图像显示装置;用来接收包括用于在周期性行图像时间间隔内显示信息的视频信号的装置，所述视频信号具有包括占据第一频带的垂直图像细节信息的亮度分量，以占据第二频带的彩色图像信息来进行调制的色度副载波分量，以及具有在上述第一与第二频带之间间置频率的、以表示所显示图像给定特性的信息来调制的另一个副载波信号，所述已调制的另一个副载波信号占据在上述第一与第二频带之间的一个频带;用来对已调制的另一个副载波信号进行解调，以产生已解调的表示信息信号的装置;以及，把包括已解调的表示信息信号的亮度和色度分量耦合到图像显示装置上的装置。
5.一种根据权利要求4的设备，其中上述视频信号是具有大于标准视频信号宽高比的宽屏幕视频信号，上述宽屏幕视频信号包括用于显示的左侧视频信息组、右侧视频信息组和中心视频信息组的信号信息分量;以及，用于显示的图像的上述给定特性是上述左侧和右侧视频信息组信号分量的高频信息的内容。
6.一种根据权利要求1、2或4的设备，其中上述已调制的另一个副载波信号占据位于上述第一与第二频带之间的第三频带。
7.一种根据权利要求6的设备，其中第三频带位于基本上对称于第一与第二频带之间的位置。
8.一种根据权利要求1、2或4的设备，其中上述另一个副载波信号的频率是上述行频一半的奇数倍。
9.一种根据权利要求8的设备，其中上述另一个副载波信号的上述频率近似于2.368MHz。
全文摘要
一种用来对视频信号进行编码的设备包括用来产生具有用于在行图像时间间隔内显示信息的视频信号的装置。视频信号具有包括占据第一频带的垂直图像细节信息的亮度分量；占据第二频带的以彩色图像信息来进行调制的色度副载波分量；以及表示所显示图像给定特性的信息。该设备包括有用来提供具有在第一与第二频带之间间置频率的另一个副载波信号的装置，还包括调制装置，该调制装置以表示信息去调制另一个副载波信号从而产生已调制的副载波信号，该信号的带宽与表示信息相符。
文档编号H04N11/20GK1031460SQ8810468
公开日1989年3月1日 申请日期1988年7月27日 优先权日1987年7月27日
发明者迈克尔·安东尼·伊斯那迪, 陈德拉·康特·拜拉尔科·帕特尔 申请人:通用电气公司