专利名称：高清电视超级处理器及方法
技术领域：
本发明涉及一种高清电视超级处理器及方法。
背景技术：
在我国以至世界绝大多数国家电视台均以模拟信号为主要的传送载体，所用的电视机也应属于模拟电视机。这类电视机的缺点有亮度、色度信号不能完全分离，串扰现象严重，这是造成图像质量下降的主要原因之一；行间闪烁，大面积图像闪烁，视在并行或真实并行现象，垂直边缘锯齿化，爬行效应。目前，我国电视制式采用的PAL制属于模拟电视广播。
目前，世界上的NTSC、RAL、SECAM这三大电视制式是对模拟电视信号进行模拟处理和传输的体制。为了节省传输带宽，红、绿、蓝模拟电视信号先组成一个亮度信号和俩个色差信号，然后使色差信号对某负载波进行调制，调制后的色度信号再和亮度信号混合后变成全电视信号进行传输。为了能在接收端分离开亮度和色度信号，在色差信号对负载波进行调制时其频谱分布和亮度信号的频谱实现频谱交错的技术，在接收机内则使用模拟梳状滤波器对亮度信号及色度信号进行分离。但由于模拟梳状滤波器梳状特性较差，且亮度和色度的能量在高频部分不可避免的重叠在一起，以致在接收机中亮度和色度信号不能进行完善的分离，亮、色之间的串扰十分严重，这是造成图像质量下降的重要原因之一。另外，传统的模拟彩电系统，为了充分利用频谱资源，采用隔行扫描方式，即把一幅图像分为奇数场和偶数场扫描，俩场图像均匀镶嵌，构成一幅清晰的图像。但这类彩电存在以下的主要却陷(1)行间闪烁。隔行扫描时，扫描同一像素点的频率是25次，它小于正常人眼的临界闪烁频率47Hz。当扫过同一像素点的次数超过47Hz时，人眼感到画面是连续的，扫描次数太少时人眼会感到闪烁。电视图像是由一条条水平扫描线组成的，采用隔行扫描，人眼可以感到奇数场扫描线与偶数场扫描线之间有闪烁感，行间闪烁会在某些垂直方向的锲形线上产生水平线间跳动。
(2)大面积图像闪烁。人眼的临界闪烁频率随亮度增加而上升，虽然我国目前彩电制式采用50场扫描频率，略高于人眼的临界闪烁频率，但对高亮度图像，人眼仍会感觉到大面积图像闪烁，长时间在高亮度低场频下观看节目会造成视觉疲劳，甚至会有头晕恶心感。
(3)视在并行或真实并行现象会降低图像垂直方向的清晰度。当物体沿垂直方向向下移动时间恰好等于1场扫描时间时，奇数场图像与偶数场图像会完全相同，造成视在并行。如果由于场同步误差造成奇数场图像与偶数场图像镶嵌不均匀或完全重合，则会造成真实并行，结果图像垂直方向清晰度下降。
(4)垂直边缘锯齿化。当物体沿水平方向运动速度很大时，隔行扫描使相邻场时间上存在差异，结果出现水平运动物体垂直边缘锯齿化，运动速度越快，锯齿化越严重。
(5)爬行效应。这是PAL至彩电特有的现象，它的色度信号采用逐行倒相方式传送，如果解码电路有误差，会造成相邻行亮度的变化，再加上隔行扫描的原因，人眼会感到有明暗相间的结构向上移动，造成大面积爬行或图像边缘蠕动，彩色越浓爬行效应越明显。
为了克服这类彩电的缺陷，提高图像和伴音质量，我国现在市场上的彩电开始逐渐采用了一系列的新器件、新电路以及新技术，从而使画质和音色得到改善，亦为彩电的数字化开辟了道路。
在普通彩电中，色度信号(C)与亮度信号(Y)的分离方法，通常采用频率分离法，即在亮度通道中设立色度负载波陷波器，用以滤去色度信号，取出亮度信号。这种电路具有电路简单成本低的优点，但分离效果差，限制了Y信号的带宽，不仅影响图像清晰度还存在亮、色互窜及色负载波的点状干扰等现象。随着电子技术的发展，人们研制出一种梳状滤波器Y/C分离法。即利用色度信号与亮度信号频谱交叉的特点和梳状滤波器梳齿状频率传输特性，将亮度信号与色度信号分离。这种梳状滤波器是利用延时电路和加减法器按照2Y＝(Y+C)+(Y-C)；2C＝(Y+C)-(Y-C)的原理把Y/C信号分离。即从梳状滤波器幅频特性曲线分析，Y频谱落在加法器特性曲线峰点及减法器特性曲线谷底，所以比较彻底的将亮度信号和色度信号分离开来。这样，由于加法器输出特性可选出亮度信号的高频分量，不会造成高频分量的丢失，并可将视频带宽全部加以利用，从而使图像清晰度大大提高，同时在亮度信号中将色度信号抑制的比较彻底，不至于产生残留色度信号干扰。而减法器输出中较好的抑制掉亮度信号，以最大传输系数选出色度信号C，并用带通滤波器对残留亮度信号作进一步衰减，解决了亮度信号对色度通道的串扰问题，从而提高了图像质量。
当然，普通梳状滤波器Y/C分离电路也有缺点，它要求前后俩行信号要相似，即要求相关性好。如果出现垂直方向有色度信号突变的不相关情况(即前一行与后一行信号不同)，它会将其当成相交信号来处理，于是在加法器中不能完全抵消色度信号，造成Y/C信号分离不彻底，仍出现色点干扰。为此我们曾用动态梳状滤波器作为Y/C分离电路，这种模拟动态梳状滤波器在普通梳状滤波器中增加了垂直相关检验电路，用于检测场与场之间相关性的强弱，即对俩场中各对应像素逐点相减求和，以该值大小作为图像动态情况的描述。这样改善了活动图像信号Y/C分离效果，从而进一步提高了图像质量。
动态梳状滤波器虽然能有效的解决活动图像的Y/C信号分离，但调整点多，且调整工艺复杂，在大批量生产中难以保证质量。而且这种2D梳状滤波的效果仍非最佳，仍存在一定的颜色差错，尤其是对于静止图象的分离效果与最佳效果差距很大。
发明内容本发明的目的就是为了解决普通梳状滤波器和动态梳状滤波器调整点多、调整工艺复杂、在大批量生产中难以保证质量的问题，提供一种高清电视超级处理器及方法，使亮色分离得更彻底，进一步提高图象质量。
为实现上述目的，本发明提出的高清电视超级处理器，包括动态梳状滤波器，其特征是还包括A/D变换器和D/A变换器，分别接于所述动态梳状滤波器的输入端和输出端；所述动态梳状滤波器包括带通处理电路和逻辑运算电路，前、中、后三行视频信号经过所述带通处理电路滤波处理后进入所述逻辑运算电路，此电路中，使每相邻的俩行信号相减取出色度信号C，而将C信号再与中间一行视频信号Y-C相加，则抵消了C信号分量，分离出Y信号。
根据本发明的一个实施例，所述动态梳状滤波器包括场存储器和行存储器、带通和滤波器、2D梳状滤波器、时间梳状滤波器、运动探测器和混合器，所述场存储器和行存储器的输出端与带通和滤波器的输入端相连，带通和滤波器的输出端分别与2D梳状滤波器、时间梳状滤波器、运动探测器相连，2D梳状滤波器、时间梳状滤波器、运动探测器的输出端分别和混合器相连。
本发明还提出一种高清电视超级处理方法，包括如下步骤(A)先将输入的全电视信号由A/D变换器转换成数字式信号，再送入动态梳状滤波器；(B)在动态梳状滤波器中进行数字式动态梳状滤波器Y/C分离，其分离的步骤包括(B1)前、中、后三行视频信号经过色带通滤波处理后进入逻辑运算电路，(B2)在逻辑运算电路中，使每相邻的俩行信号相减可取出色度信号C，而将C信号再与中间一行视频信号(Y-C)相加，则抵消了C信号分量，分离出Y信号；(C)数字的Y信号和C信号分别送入D/A变换器，经其转换后输出模拟Y信号和C信号。
根据本发明的一个实施例，在步骤(B)中所述动态梳状滤波器进行Y/C分离的方法包括如下步骤(B-1)将存储于场存储器和行存储器中的信号经带通和滤波器进行带通滤滤；(B-1)将带通滤波后的信号分三路分别分别进行2D梳状滤波、时间梳状滤波和运动探测；(B-3)根据运动探测的结果，将2D梳状滤波的结果和时间梳状滤波的结果进行混合，得到3D梳状滤波信号。
由于采用了以上的方案，采用数字式分离技术进行Y/C信号的分离，实现可编程处理，使处理效果更彻底且无需做任何调整，工艺大大简化，在大批量生产中易于保证质量。
本发明实施例中提出的3D梳状滤波方法可以根据象素的运动与否决定采用2D梳状滤波还是时间梳状滤波，或者是二者混合，这样图象就更进一步改善，对于静止图象，其颜色差错为零。
图1是本发明3D数字梳状滤波器示意图。
图2是本发明亮色分离示意图。
图3是NTSC制象素平面示意图。
图4是PAL制象素平面示意图。
图5是2D梳状滤波的效果示意图。
图6是3D梳状滤波的效果示意图。
具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
随着集成电路和数字信息处理技术的进展，数字高清电视的优势越来越明显，创维集团在这一领域具有雄厚的技术力量，并逐渐成为国内这一技术发展趋势的排头兵和领航人。
本发明的高清电视超级处理器及方法是创维多年来在电视图像改善及数字化处理的先进技术的结晶，是一个新的突破。高清超级处理器是一款高度集成的扫描转换芯片组解决方案，该方案为高清数字TV/DVD播放器应用而设计，并最大程度上保证了设计的灵活性。高清超级处理器带有以下功能可编程3D梳状滤波器和NTSC/PAL/SECAM电视译码器、14-D画面增强算法、全方位取景比例、PIP/POP显示和可编程变焦功能、逐行扫描、先进的混合信号处理器功能，使用先进的0。18μm工艺技术，每个芯片包含100万个至150万个门电路。10比特解码可供10。7亿种彩色显示之用，64兆比特超级图像处理技术，水平与垂直方向亮度边缘动态增强。全球第一个，也是唯一一个同时支持PAL/NTSC的3D，胶片模式3:2，2:2。。高清超级处理器也是为大规模生产设计的，支持2，4或8MB SDRAM帧缓冲器配置。完全支持DVD的Motion Compensation(运动补偿)和IDCT(Inverse Discrete Cosine Transform，离散COS反变换)硬件，画面不闪烁，运动图像流畅，三维映像在超低硬件成本上实现图像逼真效果的画面。设置自动动态偏置系统，在中央处理器协助下能自动实施控制，利用黑电平来自动补偿白平衡电平切割，而白电平通过相同脚位输入，能方便的校正蓝红绿驱动器，也就是说，它能更据不同显像管亮度舆偏置电压关系，来正确选定黑点平和白电平值，实斯自动补偿显像管偏置电压，从而提高了图像的质量。
在亮色分离方面，本处理器采用的是数字式动态梳状滤波器，即所谓的数字式分离方法，如图2所示。其基本步骤是先将彩色全电视信号的亮度、色度信号进行数字化处理后再进行分离与处理，即输入的全电视信号由A/D变换器转换成数字式信号，再送入动态梳状滤波器，在动态梳状滤波器中进行数字式动态梳状滤波器Y/C分离，原理与前面大同小异，只是前、中、后三行视频信号经过色带通滤波处理后进入逻辑运算电路，此电路中，使每相邻的俩行信号相减可取出色度信号C，而将C信号再与中间一行视频信号(Y-C)相加，则抵消了C信号分量，分离出Y信号。数字的Y信号和C信号分别送入D/A变换器，经其转换后输出模拟Y信号和C信号。分离效果极彻底且无需作任何调整。
如图1所示，本发明的滤波器是3D数字梳状滤波器，它包括场存储器和行存储器11、带通和滤波器12、2D梳状滤波器13、时间梳状滤波器14、运动探测器15和混合器16，所述场存储器和行存储器11的输出端与带通和滤波器12的输入端相连，带通和滤波器12的输出端分别与2D梳状滤波器13、时间梳状滤波器14、运动探测器15相连，2D梳状滤波器13、时间梳状滤波器14、运动探测器15的输出端分别和混合器16相连。可见，它将带通滤波后的图象信号分为三路，分别进行2D梳状滤波、时间梳状滤波和运动探测。
其中2D梳状滤波就是现有的梳状滤波技术，一般是用行间信号相加减运算得出Y/C信号，如(Y+C)-(Y-C)＝2C，(Y+C)-(Y-C)＝2Y。如前已述，这种算法仍有色差，尤其是对于静止图象，其误差更明显。
对于静止图象，最好是采用时间梳状滤波。因为对于静止图象而言，其前一帧图象中的象素和下一帧图象中的象素是一样的，没有发生任何变化，因此可以采取帧间象素信号相加减运算来得出亮度和色度信号Y/C。如图3、4所示分别为NTSC和PAL制图象的帧间象素示意图。这样的运算其离差错率为零，可以得到最佳的图象效果。如图5、6对比所示，图6效果远好于图5。
但时间梳状滤波也有缺点，即当图象中有运动区域时，其得到的结果就很差，运动越大其效果越差。因此，本发明增加了运动探测电路15和混合器，它探测象素是否处于运动区域，以及运动量的大小，从而控制混合器16来选择是采用2D梳状滤波器的结果Y2D，C2D，还是采用时间滤波器的结果YT、CY，抑或是采用二者的混合。混合的结果取决于运动探测所得系数Kcoef的大小。比如可用下述公式Y3D＝Y2D×Kcoef+YT×(1-Kcoef)C3D＝C2D×Kcoef+CT×(1-Kcoef)其中系数Kcoef的大小一般可用其周围一定范围内(比如3×5象素区域内)的象素的(场间)变化量的绝对值之和(称为“SAD”)来确定。如果考虑到噪声的影响，在计算Kcoef的值时还可以排除噪声阈值NTV(即实际变化量为零时的探测变化量，属于一种天然噪声)，比如可用下式进行调整Kcoef＝(SAD-NTV)/(SADmax-NTV)其中SADmax是周围象素变化量绝对值的最大可能值。但一般而言，该系数是通过查表获得(该表可以是通过实验测量等方式获得)，因为它们之间并不一定是线性关系，上述公式只是一种示例。
高清超级处理器还有如下功能·提供DVI面板的外部TMDS驱动的数字接口·提供支持电视输出的标准NTSC/PAL编码器数字接口·支持720p的HDTV，分辨率可到1280×720·自适应3D数字梳状滤波器·电影片名的电影模式恢复·隔行及逐行扫描刷新·14幅动态画面质量增强(14D)
·带有可编程5分接头自适应梳状滤波器的高级PAL/NTSC/SECAM电视译码器·VBI/封闭式字幕·图形或文本OSD选择功能·运动和边缘自适应消除隔行。
·MPEG2数字元视频接口·覆盖有OSD和PIP的SVGA数字/模拟信号·PIP、POP、多画面和全景显示模式·可编程的变焦距取景器·线性和非线性的图像缩放·灰度系数修正和a-混和·高速和低成本帧缓冲器·10-bit前端ADC和10bit DAC·亮度提高色度和亮度的高级数字噪声滤除·声音和视频的对口型同步·先进的混合信号处理(0。25μm工艺)·可编程的画面缩放——线性和非线性的缩放，支持不同方位比例(4∶3或16∶9)的屏幕·高度集成——在更低的价格上提供更先进的功能·数字处理技术——大大提高了对比度、清晰度、颜色浓度和镜头深度等视频质量。
·逐行扫描——消除了闪烁现象，双倍提高了分辩率和画面·PIP——可放在屏幕任何地方的子屏幕·POP——支持2、4或9个更小的屏幕
权利要求
1.一种高清电视超级处理器，包括动态梳状滤波器(1)，其特征是还包括A/D(2)变换器和D/A变换器(3)，分别接于所述动态梳状滤波器(1)的输入端和输出端；所述动态梳状滤波器(1)用于分离出色度信号C和亮度信号Y。
2.如权利要求1所述的高清电视超级处理器，其特征是所述动态梳状滤波器(1)包括场存储器和行存储器(11)、带通和滤波器(12)、2D梳状滤波器(13)、时间梳状滤波器(14)、运动探测器(15)和混合器(16)，所述场存储器和行存储器(11)的输出端与带通和滤波器(12)的输入端相连，带通和滤波器(12)的输出端分别与2D梳状滤波器(13)、时间梳状滤波器(14)、运动探测器(15)相连，2D梳状滤波器(13)、时间梳状滤波器(14)、运动探测器(15)的输出端分别和混合器(16)相连。
3.如权利要求1所述的高清电视超级处理器，其特征是所述2D梳状滤波器(13)用于根据行间信号进行运算，分离出亮度信号(Y2D)和色度信号(C2D)；时间梳状滤波器(14)用于根据同一象素帧间信号进行运算，分离出亮度信号(YT)和色度信号(CT)；运动探测器(15)用于根据周围象素的变化情况，判断象素是否为运动象素，并根据象素运动量的大小确定混合因子(Kcoef)。
4.如权利要求1所述的高清电视超级处理器，其特征是还包括三维自适应降噪电路、隔行转逐行电路、运动补偿电路、桢间插值电路、电影模式处理、黑电平延伸、蓝电平延伸、伽玛校正电路、彩色及亮度提升电路，分别位于电视信号通道上。
5.一种高清电视超级处理方法，包括如下步骤(A)先将输入的全电视信号由A/D变换器转换成数字式信号，再送入动态梳状滤波器；(B)在动态梳状滤波器中进行数字式动态梳状滤波器Y/C分离；(C)数字的Y信号和C信号分别送入D/A变换器，经其转换后输出模拟Y信号和C信号。
6.如权利要求5所述的高清电视超级处理方法，其特征是在步骤(B)中所述动态梳状滤波器(1)进行Y/C分离的方法包括如下步骤(B-1)将存储于场存储器和行存储器(11)中的信号经带通和滤波器(12)进行带通滤滤；(B-1)将带通滤波后的信号分三路分别分别进行2D梳状滤波、时间梳状滤波和运动探测；(B-3)根据运动探测的结果(Kcoef)，将2D梳状滤波的结果(Y2D、C2D)和时间梳状滤波的结果((YT、CT))进行混合，得到3D梳状滤波信号(Y3D、C3D)。
7.如权利要求5所述的高清电视超级处理方法，其特征是还包括三维自适应降噪步骤、隔行转逐行步骤、运动补偿步骤、桢间插值步骤、电影模式处理、黑电平延伸、蓝电平延伸、伽玛校正步骤、彩色及亮度提升步骤，分别作为电视信号处理过程中的一个步骤。
全文摘要
本发明公开一种高清电视超级处理器及方法，采用数字式分离技术进行Y/C信号的分离，实现可编程处理，使处理效果更彻底且无需做任何调整，工艺大大简化，在大批量生产中易于保证质量。本发明还采用3D梳状滤波，可以根据象素的运动与否决定采用2D梳状滤波还是时间梳状滤波，或者是二者混合，这样图象就更进一步改善，对于静止图象，其颜色差错为零。还采用了三维自适应降噪技术、隔行转逐行技术、运动补偿技术、桢间插值技术、电影模式处理、黑电平延伸、蓝电平延伸、伽玛校正技术、彩色及亮度提升技术等，能进行任意的桢频及行频的变换，能根据图像的运动特性进行桢间及行间插值，保持转换后图像的连续性，使得图像亮丽、清晰、流畅。
文档编号H04N11/00GK1642293SQ20041001518
公开日2005年7月20日 申请日期2004年1月17日 优先权日2004年1月17日
发明者李鸿安, 戴青松, 武沛均, 夏开华, 沈文斌, 王明强 申请人:深圳创维－Rgb电子有限公司