专利名称：数字彩色信号处理电路的制作方法
数字彩色信号处理电路适用于“正交平衡调幅制”(NTSC)、“顺序传送彩色与记忆制”(SECAM)、“逐行倒相制”(PAL)中以及有关的彩色电视制式如模拟分量复用制-D2(D2-MAC)中的彩色编码技术。这是一种通常用色差信号R-Y和B-Y进行的色信号编码，它准确地规定了各个象素在彩色板上的位置，参见根据西德工业标准DIN5033的德国标准的国际照明委员会的色品图。由于各自的亮度值(＝Y)用Y信号表示，那么各像素的色调、饱和度和亮度就由这三个信号清楚地确定了。
众所周知，这种编码技术使得同时传送色度信息成为可能，也就是在Y信号的频谱内传送各自的色调和各自的饱和度。从而允许传送彩色信号时，接收黑白信号。
在NTSC和PAL制中，两个色差信号使用一个彩色副载波正交调制同时传送，彩色副载波的相位的幅度被调制了，它们的频率处在Y信号的范围内。
在SECAM制中，两个色差信号中的一个信号用第一彩色副载波的调频波在一行中传送，而另一个色差信号用第二彩色副载波的调频波在下一行传送，和PAL制及NTSC制一样，两个彩色副载波的频率调制范围处于Y信号的频率范围内。
在D2-MAC制中，两个色差信号象SECAM制一样逐行传送，但是基带信号由于使用时分复用技术的方法，使得色信号和Y信号在一行内按时间分开，从而代替了在Y频率范围内传送色信息的频分复用技术。
在R-Y、B-Y色差信号从复合色信号中分离出来之后，也就是通过彩色副载波的解调，色信号的处理照例用两个R-Y、B-Y信号来完成。在数字彩色信号处理系统中，这两个信号和Y信号用数字数据表示，也就是数字化出现在分离之前或之后。然而，这些不构成本发明的主题。
这个Y信号馈送给一个单独的Y一处理级，並且随后和两个色差信号在一个彩色矩阵电路中结合而产生红(R)、绿(G)、兰(B)的信号值，这个矩阵反演算也不构成本发明的主题。
由于在R-Y、B-Y两个色差信号里色调和饱和度的结合，这些信号的处理对两个分量都有影响。另一方面，即使只改变色调信号或只改变饱和度，这两个分量也都必须处理。
与此相反，本发明的目的是提供一种数字彩色信号处理电路，它可以使单独的色调和单独的饱和度彼此之间分离，而后可以对它们进行单独的处理。
在对信号进行数字处理时，可以使用比模拟技术更复杂的电路来处理Y信号和彩色信号，因此甚至可以采用更复杂的步骤去改善图象质量。更有利的是，色调和饱和度可作为分离信号进行处理。特殊的滤波器可以抑制色噪声或增加色过渡的陡度，这也可以依赖于附加的信号如色调控制信号。
进一步，由于人眼睛对突变色调与突变饱和度的反映有所区别，所以色调的量化电平次数或处理频率可以选得与饱和度的处理不同。
而且对图象数据的存储和处理是更为有利的，因为数据压缩技术可以适应色调和饱和度再现的不同需要，这也使它能更容易地获得无闪烁图象，这是由于在存储期间数据压缩等效于再现期间的存储数据的内差，分别适于色调和饱和度。
因此，本发明的基本思想是改变R-Y、B-Y两个色差信号，用一个分析器把笛卡尔座标变换成为极座标，变成两个信号，这两个信号对应着相位角和合成矢量的幅值。这个相位角信号带有色调信息，而幅值信号则带着饱和度信息，因此它们作为单独的信号在色调级和饱和度级分别进行处理。
把笛卡尔座标转换为极座标需要提供数字的R-Y和B-Y色差信号，例如数字彩色解调器的输出信号，参见EP-A-38464欧洲专利公开文件(即US-A-4，352，123，国际电报电话公司的美国专利)。
参照附图将更详细地解释本发明，其中
图1是本发明一个实施例的方块图。
图2是色调级的一个实施例的示意图。
图3是色调级的另一实施例的示意图。
图4是饱和度级的一个实施例的示意图。
图5是PAL制补偿电路的一个实施例的示意图。
图6是相位角信号通过幅值信号而变化的一个实施例示意图。
图7是幅值信号通过相位角信号而变化的一个实施例的示意图。
图1所示的实施例的方块图表示R-Y、B-Y色差信号v和u，它们作为数字信号分别加到分析器KP的第一输入端和第二输入端。后者把输入信号的各个数据分配到一个笛卡尔座标系中作为一个在四象限内的合成矢量的数据，这个合成矢量的幅值和相位角就被确定了。它们作为相位角信号P和幅值信号b，以数字信号形式出现。
该分析器KP能够执行这样的功能，例如建立R-Y和B-Y色差信号的商数並确定相关的正切值，通过一个反正切函数表，从正切值得到相关的相位角。这个相位角的值也是相位角信号P的数字化的值。采用对两个色差信号符号的逻辑运算来消除由反正切得到的相位角的非单值性。
这个合成矢量的幅值是通过求两个色差信号R-Y和B-Y的平方和再开平方而确定的。用分析器中适当的运算装置很容易完成这个计算。
分析器KP另一实现是基于惯用的累进处理，它除了乘法运算之外，仅仅需要加和减运算，依赖于累进步骤次数的多少，可以获得任意精度的运算。因此，使用这种方法安排的电路特别适于快速座标转换，因为它既不包含除法运算，也不包含开方运算。这种方法称之为“笛卡尔法”，发表在“电子计算机IRE学报”上，1959年9月333～343页，这里的算术电路用方块图表示。
在图1中，相位角信号P馈送到色调级ct，它可以包含色度滤波器电路ft，通过特殊频率的加重处理，来减少那些容易引起彩色噪声的其他频率，滤波电路ft增加了色过渡的陡度。该色调级ct可以用色调控制信号Sp来控制，它通过虚线表示的数据线馈送给色调级。
如果该色调级用来作肤色校正，接近肤色色调的色度值朝着这个固定色调值来校正。这对于按照NTSC彩色电视制式来处理彩色电视信号来说是特别重要的，因为这里的相位误差在传输期间引起色调变化。这在皮肤色调颜色情况下受到特别的干扰。用本发明的数字彩色信号处理电路，可以完成肤色调校正。它是通过非线性元件把相位角信号P输进色调级ct内，这个非线性元件把肤色范围内的信号压缩在一个较窄的范围值内，这样来实现肤色校正。
图1中，幅值信号b馈送到饱和度级cs，它可以包含饱和度滤波电路fs。借助于外部饱和度控制信号Sb，也能由其他辅助电路来控制饱和度，如用一个背景光传感器或用手动遥控单元。
色调级电路的输出是经修正的相位角信号P′，它被加到恢复分析器PR的第一输入端;经修正的幅值信号b′，即饱和度级的输出信号加到该分析器的第二输入端。恢复分析器PK把彩色矢量从极座标转换回到笛卡尔座标，由此得到经修正的R-Y色差信号V′和B-Y色差信号u′。
这些信号的进一步处理在图1中没有示出。这些信号和Y信号一起馈送到彩色矩阵电路，它产生R，G，B信号，由于一个模拟彩色矩阵在设计上特别简单，而且由于驱动彩色显像管三基色阴极需要模拟信号，所以在加到彩色矩阵以前，这些信号可以转变回到模拟量形式。
这个恢复分析器PK包含存储在只读存贮器中的正弦和余弦函数表，它们的地址是经修正的相位角模拟信号P′的所有的值，这些相关的正弦和余弦值与经修正的幅值信号b′相乘，就确定了彩色矢量的笛卡尔坐标值。经修正的B-Y色差信号u′和经修正的R-Y色差信号v′分别被赋值于余弦值和正弦值。
图2表明色调级ct的另一个简单实施例的示意图，这一级由加法器ad构成，相唤切藕臥和色调控制或校正信号CK施加于它，这个和信号是经修正的相位角信号P′，该色调控制或校正信号CK就是图1中的色调控制信号Sp，它从其他的辅助电路馈送到色调级ct。它可以是来自背景光传感器或遥控接收器电路的信号。例如它可以由来自自动调整程序或来自一个事先准备的调整器的暂存数据组成。
图3表示色调级电路的另一个实施例，它由减法器Sb构成，相位角信号P加到减法器Sb的被减数输入端mi，色调控制或校正信号CK加到减数输入端S，减法器输出是经修正的相位角信号P′，图2和图3的色调级在结构和运行上彼此是非常类似的。
图4表示饱和度级CS的一个简单实施例，它由乘法器m构成，幅值信号b和幅值校正因数ak加到乘法器。在乘法器m上，这两个信号的数据相乘而得到经修正的幅值信号b′。这时，饱和度级CS相当于一个幅值信号b的可变增益放大器，因此也是饱和度可变增益放大器。幅值校正因数ak控制增益或衰减，並且也可以和图1中的饱和度控制信号Sb完全相同。
图5示意地表示PAL制行补偿是多么简单，按照PAL制式，R-Y色差信号传输是逐行改变相位，也就是+90°或-90°。在一般的PAL补偿电路中，一个合成色矢量是通过把R-Y色差信号加上经过一行延时的R-Y色差信号，並把B-Y色差信号加上经一行延时的B-Y色差信号，而由两个相继行的两个色差信号的值产生的。在传输途径中产生的相位误差因此而被大大补偿了，而明显的色彩去饱和度的影响是处在相位误差为40°时。这一点在图5所示的PAL补偿中被避免了。没有经修正的相位角信号P和经修正的相位角信号P′直接加到PAL平均器Pm的一个输入端，並且通过延迟线VZ加到另一个输入端。该延迟线的延迟量等于一行扫描周期。PAL平均器Pm是一个改装的加法器，它把两个输入信号相加再除以2，这和标准二进制码中的简单移动一位是等效的。这个输出是补偿过的相位角信号PP，没有幅度信号的减少，结果也不发生去饱和。
这是图5中电路结构的特殊的优点，另一个优点是不同于通常的方法，仅仅是一个单独信号，即相位角信号P或P′，而不是两个信号，即两个色差信号，需要延迟一个行周期。这还有另外的有利之处是两个相位角信号P和P′象纯色调信号那样带宽被限制到大约1-2MHz，所以处理这些信号的时钟频率可以相当低。
如果符合PAL制彩色电视标准的信号必须进行处理的话，就要把图5的PAL补偿电路插入到分析器KP和色调级ct之间。
图6是图2电路结构的一个特殊实施例，色调控制或校正信号CK是用第一滤波电路f1从幅值信号b得到的。用这种电路，色过渡的陡度象幅值信号b的功能一样能够增加。
图7示出了一个类似的电路结构，其中靠通过第二滤波器电路f2的相位角信号P来控制幅值信号b的作用。通过幅值信号b和相位角信号P的结合使色调环的任意变形成为可能。例如这可以用来矩阵化。此外，特殊的色调范围的饱和度的任意增加和减少都是可能的。
这个相位角信号P也能用来作为彩色副载波锁相环(即副载波PLL)，在NTSC和PAL制中，它用来解调彩色副载波。为此，彩色副载波锁相环必须被锁定在彩色副载波被传输的参考相位或任何其他参考相位系统。这种用途是可能的，因为相位角信号P完全独立于接收的全彩色信号的幅度，並且因此能从自动彩色控制(ACC)获得。对相位控制来说这是十分有利的。
权利要求
1.用于电视接收部分的数字彩色信号处理电路，借助于一个R-Y色差信号(v)和一个B-Y色差信号(u)把彩色信息加到该电路上，其特征在于借助于分析器(Kp)将笛卡尔座标转换为极座标，从R-Y和B-Y色差信号(V，u)得到一个相位角信号(P)和一个幅值信号(b)，相位角信号(P)馈送到色调级(ct)，该级传送出一个经修正的相位角信号(P′)，幅值信号(b)馈送给饱和度级(CS)，该级传送出一个经修正的幅值信号(b′)。
2.按照权利要求1的数字彩色信号处理电路，其特征在于色调级(ct)包含一个色调滤波器电路(ft)，和/或饱和度级(CS)包含一个饱和度滤波器电路(fs)。
3.按照权利要求1的用于色调控制或色调校正的数字彩色信号处理电路，其特征在于在色调级(ct)，相位角信号(P)被加到一个加法器(ad)的一个输入端或一个减法器(sb)的一个被减数输入端(mi)，加法器(ad)的另一个输入端和减法器(sb)的减数输入端(S)用一个色调控制或校正信号(ck)馈入，加法器(ad)的输出或者减法器(sb)的输出提供经修正的相位角信号(P′)。
4.按照权利要求1的数字彩色信号处理电路，其特征在于饱和度级(cs)包含一个乘法器(m)，幅值信号(b)和幅值校正因数(ak)作为输入数据加到乘法器上。
5.按照权利要求1的数字彩色信号处理电路，其特征在于按PAL彩色电视制式，相位角信号P被馈送给PAL平均器(Pm)，一路直通，另一路通过一行周期延迟的延迟线(vz)加到该平均器(pm)。
6.按照权利要求1的数字彩色信号处理电路，其特征在于经修正的相位角信号(p′)或(未经修正的)相位角信号(p)加到一个恢复分析器(PK)的第一输入端，並且经修正的幅值信号(b′)或(未经修正的)幅值信号(b)被加到所说的分析器(PK)的第二输入端，它的输出端分别提供经修正的R-Y色差信号(v′)和经修正的B-Y色差信号(u′)。
7.按照权利要求3的数字彩色信号处理电路，其特征在于色调控制或色调校正信号(ck)既被用来完成再现过程中的色泽或肤色校正，又用来对相对于参考相位系统的相位角信号(p)的相位进行校正。
8.按照权利要求4的数字彩色信号处理电路，其特征在于色调控制或校正信号(ck)来自于通过第一滤波器电路(f1)的幅值信号(b)，和/或幅值校正因数(ak)来自于通过第二滤波器(f2)的相位角信号(p)。
9.按照权利要求6的数字彩色信号处理电路，其特征在于恢复分析器(PK)包含一个由经修正的相位角信号(p′)决定的电路结构，用只读存贮器ROM的函数表和乘以经修正的幅值信号b′的余弦和正弦值，获得经修正的B-Y色差信号(u′)和经修正的R-Y色差信号(v′)。
全文摘要
数字彩色信号处理电路中，借助于把笛卡尔坐标转换成极坐标的分析器(kp)，由一个R-Y色差信号(v)和一个B-Y色差信号(u)得到相位角信号(p)和幅值信号(b)。相位角信号(p)载有经色调级(ct)处理过的色调信息，幅值信号(b)载有在饱和度级(cs)处理过的饱和度信息。
文档编号H04N9/68GK1035220SQ88108999
公开日1989年8月30日 申请日期1988年12月30日 优先权日1988年1月21日
发明者纳特·索恩科·麦尔格蒂特, 彼得·米歇尔·弗拉姆 申请人:德国Itt工业有限公司