专利名称：基于pc的电视接收方法及装置、视频解调器和解码方法
技术领域：
本发明涉及彩色电视接收系统，特别涉及基于PC的电视接收技术，尤其涉及能减小硬件复杂度的视频解调和解码处理部分。
背景技术：
随着PC(Personal Computer，个人计算机)的普及，通过PC看电视越来越被广大消费者所接受。目前，PC实现电视接收的方式有两种一种是通过内置电视接收卡，一般利用系统的PCI接口；另一种是通过外置电视接收盒，一般利用系统的USB接口。它们的接收原理均如图1所示(以PCI接口为例)。
所述接收卡包括一个调谐器，它接收来自天线或同轴电缆的高频多载波电视信号，并将选定载波范围内的信号转换到一预定中频载波上；中频解调器，用来接收中频信号，对该信号进行解调，从而输出视频CVBS(Composite Video Baseband Signal，复合视频基带信号)和音频SIF(Sound IF，声音中频)模拟信号；电视解码器，对所述CVBS模拟复合信号进行同步、分离和滤波处理，产生的图像信号经过PCI接口或USB接口传送到PC进行播放，以及针对SIF声音信号进行处理，实现各种音效转换(比如单声道、立体声、杜比处理或环绕声等)，接着或通过PCI接口或USB接口来传送到PC，或通过外挂音频数模转换器(DAC)来转换成模拟信号后直接输往声卡接线端。
因此，现有电视接收卡一般为三芯片方案，包括高频调谐(Tuner)芯片、中频解调(IFdemodulator)芯片和音/视频解码(audio/video decoder)芯片。而且，现有高频头一般将高频调谐芯片和中频解调芯片对应的调谐器和中频解调器部分整合成一个独立模组并加以屏蔽。若在视频解码芯片中内置PCI接口模块(如Conexant公司的Bt878/cx2388x芯片，或Phlips公司的SAA7130/7133/7134/7135芯片)可以进一步减小接收系统体积。
近来，也有两芯片方案的电视接收卡出现，例如Philips公司将中频解调芯片、音/视频解码芯片和PCI接口集成到同一芯片SAA7131中，这样只要在前端加高频调谐芯片就能够组成完整的电视接收卡。
上述现有技术的不足之处在于三芯片方案用硬件方式来作实时视频解码，需要在前端的中频解调部分将CVBS信号以模拟信号方式输出，再由所述视频解码部分将它转换成数字信号进行处理，这样信号至少要经过一次数模转换和一次模数转换，从而不利于图像清晰度的提高。而若以高精度的模数或数模转换器来保证图像清晰度，无疑也会增加系统成本。两芯片方案虽然可以省去所述的数模和模数转换器，但由于集成过多元件和器件，造成硅片面积大，从而成品率低，不利于系统成本的降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提出一种基于PC的电视接收方法及装置、视频解调器和解码方法，能在实时处理电视信号并保持图像清晰度的同时，减小硬件复杂度或缩小硅片总面积，从而简化硬件方案、减少产品成本。
为解决上述技术问题，本发明的基本构思为利用PC的快速接口，例如但不限于PCI-express(电脑外设扩展接口标准，最高提供2.5G比特/秒的总线速度)，来将中频解调后的大量CVBS复合数字信号实时地发送到PC上，从而利用PC主机的CPU和显卡资源来完成视频解码工作。这样，提出一个符合本构思的视频解调器，就可以设计一个硬件极其精简的电视接收卡或接收盒。
为了实现本发明构思而提出的第一技术方案是，提供一种基于PC的电视接收方法，包括步骤A.对来自天线或同轴电缆的高频多载波电视信号调谐选频，将选定载波范围内的信号转换成基于一预定中频载波的中频信号；尤其是，还包括步骤B.解调所述中频信号并产生SIF音频数据和CVBS复合视频数据；C.将包括所述音频数据和视频数据在内的数据流经预定的高速接口送往PC进行软件解码，得到对应的声音数据和图像数据；D.所述PC的显卡处理所述图像数据以送显示器显示，声卡处理所述声音数据以送扬声器播放。
上述方案中，所述步骤B包括过程对所述中频信号进行采样，并依次经锁相环电路、残留边带滤波电路和音视频信号分离电路处理后，产生所述SIF音频数据和CVBS复合视频数据。
上述方案中，步骤B还包括将所述SIF音频数据进一步解调成声音数据，这样步骤C中，所述数据流包括的是该声音数据和所述视频数据。
为了实现本发明构思而提出的第二技术方案是，提供一种基于PC的电视接收装置，包括调谐器，用来接收来自天线或同轴电缆的高频多载波电视信号，并将选定载波范围内的信号转换成基于一预定中频载波的中频信号；接收所述中频信号的中频解调器；尤其是，还包括一个用来连接PC的预定高速接口，所述中频解调器将解调生成的SIF音频数据和CVBS复合视频数据输出往该高速接口。
为了实现本发明构思而提出的第三技术方案是，提供一种视频解调器，包括ADC模块，将中频单一电视信号转换成数字信号，锁相环电路，将所述数字信号搬移到基带以消除残余的载波偏差；VSB滤波电路，将所述残留边带复信号转化成双边带实信号；音视频信号分离电路，从所述双边带实信号中分离出独立的SIF音频和CVBS视频信号；尤其是，还包括至少一用来连接PC的预定高速接口，接收包括音频数据和复合视频数据在内的数据流；所述音频数据和复合视频数据分别对应着所述音频和视频信号。
上述方案中，所述高速接口或者是PCI-express接口，或者是USB2.0接口。
为了实现本发明构思而提出的第四技术方案是，提供一种解码方法，用于PC处理视频数据流，以实现在显示器上实时观看连续影像；包括步骤A.获取经高速接口传送的视频数据流；B.进行行同步和场同步脉冲检测；C.对有效行信号进行亮度和色度信号分离；D.对色度信号进一步解调并分离出U/V分量；E.将色度U/V分量格式转换成RGB分量；F.对相邻两场进行解交织处理，以得到完整的帧图像；G.对帧图像进行比例缩放、特殊效果处理以供显示。
采用上述各技术方案，可以精简电视接收装置的硬件，减少产品成本；基于PC来接收电视，更有利于提高图像清晰度和兼具软件升级维护的方便性。
图1是传统基于PC的电视接收方案示意2是本发明基于PC的电视接收方案示意3是本发明视频解码器内部框4是本发明PC处理电视数据流信号示意5是本发明PC处理视频数据流过程示意图具体实施方式
下面，结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本发明。
图2是本发明以PCI-express接口为例的电视接收系统示意图，可以基于PC完成电视接收和欣赏，它的信号处理过程包括步骤A.对来自天线或同轴电缆的高频多载波电视信号调谐选频，将选定载波范围内的信号转换成基于一预定中频载波的中频信号；B.解调所述中频信号并产生SIF音频数据和CVBS复合视频数据；C.将包括所述音频数据和视频数据在内的数据流经预定的高速接口送往PC进行软件解码，得到对应的声音数据和图像数据；D.所述PC的显卡处理所述图像数据以送显示器显示，声卡处理所述声音数据以送扬声器播放。
与现有技术相比，步骤B和C可以使接收系统减少对视频信号的模数或数模转换次数，从而有利于图像清晰度的提高。而步骤C中的高速接口可以保障数据流的畅通和后续PC软件解码的实时进行，除了使用所述PCI-express接口，还可以使用USB2.0接口(最高能提供480M比特/秒的总线速度)或将来出现的新的高速接口规格。目前PCI接口虽然最高能提供133M字节/秒的总线速度，但在现有PC带宽共享的框架下，一个外接设备所对应的实际传输速度受多方面条件影响可能大大低于该理论速度，因此并不适用于本发明。
所述步骤B中还可以将所述SIF音频数据进一步解调成声音数据，这样在步骤C中，所述数据流包括的是该声音数据和所述视频数据。
所述步骤C中的数据流还可以包括与音频或视频信号相关的数据，包括表征音频信号格式的数据或表征视频信号制式的数据，这样可以便于PC端对数据的区分处理。比如说，用不同的头数据来表示信号为PAL制式、NTSC制式或SECAM制式。当然，这些头数据也并非必不可少，PC端的软件也可以增加一段对视频数据进行制式识别的过程。
因此，本实施例还可以根据上述方法设计一种基于PC的电视接收盒或接收卡装置，包括调谐器，用来接收高频多载波电视信号，并将选定载波范围内的信号转换成基于一预定中频载波的中频信号；一个用来连接PC的预定高速接口，以及一个接收所述中频信号的中频解调器，将解调生成的SIF音频数据和CVBS复合视频数据输出往该高速接口。所述电视接收装置可以采用USB2.0接口及相应连接端子来做成PC外置连接的接收盒，或采用PCI-express接口来做成PC内置连接的接收卡，甚至可以通过包括USB2.0或PCI-express在内的高速接口电路而被集成在PC的主板上。
可以看到，所述电视接收装置的硬件极其简单，调谐器可以用现有的调谐芯片(例如Philips公司的TDA8275)来实现，因此，其具体电路图不必在此重复给出；其它硬件部分本实施例以图3所示的视频解调器来实现。该视频解调器可以被设计成ASIC(Application-SpecificIntegrated Circuit，专用芯片)形式以简化接收装置的硬件连接。它包括ADC模块，将来自调谐器的中频单一电视信号转换成数字信号；锁相环(PLL)电路，将所述数字信号搬移到基带以消除残余的载波偏差；VSB(残留边带)滤波电路，将所述残留边带复信号转化成双边带实信号；音视频信号分离电路，从所述双边带实信号中分离出独立的SIF音频和CVBS视频信号；以及至少一用来连接PC的预定高速接口，接收包括音频数据和复合视频数据在内的数据流；所述音频数据和复合视频数据分别对应着所述音频和视频信号。所述各单元电路，包括锁相环电路或残留边带滤波电路，在现有技术中已有多种实现方式，例如1980年L.E.Franks先生在IEEE通信学报的文章“数据通信中的载波与位同步”中提出用Costas Loop来完成锁相环电路；至于VSB滤波电路设计，在Hüseyin Abut先生著的《通信系统信号、系统和应用》(2004年8月圣地亚哥州立大学出版)中有介绍；……不在此一一列举；但包括这些单元电路的视频解调器为本发明所保护。
所述视频解调器还可以包括增益控制单元，接收所述ADC模块的输出，根据该输出信号的大小产生相应的增益控制信号，以送往所述调谐器来使视频解调器接收到的信号保持稳定。所述ADC模块的数据采样率可以根据具体应用的场合，例如调谐器中频来相应设定。
例如，当调谐器中频定为36MHz时，该采样率是(但不限于)28.8Msps(Mega-Samples PerSecond，兆次每秒)；当所述中频为44MHz时，可以选35.2Msps。针对所述不同采样率，由于在PC端采用软件解码方案，系统有良好兼容性来保证图像清晰度。
本实施例的视频解调器还可以包括一个音频解调单元，用来将所述音视频信号分离电路输出的SIF音频进一步解调生成声音数据，这样该声音数据可以直接替代所述音频数据而被送往PC，PC端的数据处理软件将这些声音数据送往声卡作进一步的音效处理。
图3所示视频解调器解调所述中频信号来产生音频数据和CVBS复合视频数据的过程，还可以采用其它实现方式，因其属于现有技术，故不在此详述。
上述实施例基于PC的电视接收盒或接收卡装置还可以包括一个选频控制单元，接收来自遥控器的指示信号，输出相应控制信号往所述调谐器，来控制载波范围的选择。所述指示信号还可以来自所述视频解调器芯片，该芯片通过所述高速接口接收由PC端用户操作产生的控制数据。
图4示意了本发明PC端的信号处理情形。PC端检测到高速接口连接和电视接收设备后，相应的软件模块将被启动并接收包括音频数据(或声音数据)和复合视频数据在内的数据流，将与复合视频数据相关的数据流送往视频解码模块，如图5所示，最后在屏幕上实时显示连续影像；而与音频数据(或声音数据)相关的数据流被送往音频处理模块，因现有技术有多种方式可以实现该音频处理过程，故不在此赘述。
图5示意的解码方法，包括步骤A.获取经高速接口传送的视频数据流；B.进行行同步和场同步脉冲检测；C.对有效行信号进行亮度和色度信号分离；D.对色度信号进一步解调并分离出U/V分量；E.将色度U/V分量格式转换成RGB分量；F.对相邻两场进行解交织处理，以得到完整的帧图像；
G.对帧图像进行比例缩放、特殊效果处理以供显示。
其中，所述高速接口可以是PCI-express接口，也可以是USB2.0接口。以PCI-express接口的DMA传送方式为例，PC可以在第一次接收DMA缓冲区数据块时根据头数据来确定视频制式，或在步骤B中根据同步脉冲来进行视频制式的识别判断，从而在后续步骤中根据制式来进行相应的信号处理。所述步骤C中的亮色分离可以用具有最佳分离效果的3D(Dimension，维)梳状滤波来实现。为了避免视频解调器中ADC模块采样偏差带来的不利影响，在步骤A和B之间还可以包括步骤A1.进行时钟/采样同步处理，以纠正采样频率和相位的偏差。
采样所述解码方法，可以充分利用PC CPU(中央处理器)和GPU(图形处理器)的强大计算能力来进行软解码，从而降低硬件成本。
权利要求
1.一种基于PC的电视接收方法，包括步骤A.对来自天线或同轴电缆的高频多载波电视信号调谐选频，将选定载波范围内的信号转换成基于一预定中频载波的中频信号；其特征在于，还包括步骤B.解调所述中频信号并产生SIF音频数据和CVBS复合视频数据；C.将包括所述音频数据和视频数据在内的数据流经预定的高速接口送往PC进行软件解码，得到对应的声音数据和图像数据；D.所述PC的显卡处理所述图像数据以送显示器显示，声卡处理所述声音数据以送扬声器播放。
2.根据权利要求1所述基于PC的电视接收方法，其特征在于所述步骤B包括过程对所述中频信号进行采样，并依次经锁相环电路、残留边带滤波电路和音视频信号分离电路处理后，产生所述SIF音频数据和CVBS复合视频数据。
3.根据权利要求1所述基于PC的电视接收方法，其特征在于步骤C中所述的数据流还包括与音频或视频信号相关的数据，包括表征音频信号格式的数据或表征视频信号制式的数据。
4.根据权利要求1所述基于PC的电视接收方法，其特征在于步骤B还包括将所述SIF音频数据进一步解调成声音数据，这样步骤C中，所述数据流包括的是该声音数据和所述视频数据。
5.根据权利要求1所述基于PC的电视接收方法，其特征在于步骤C中的所述高速接口或者是PCI-express接口，或者是USB2.0接口。
6.一种基于PC的电视接收装置，包括调谐器，用来接收来自天线或同轴电缆的高频多载波电视信号，并将选定载波范围内的信号转换成基于一预定中频载波的中频信号；接收所述中频信号的中频解调器；其特征在于还包括一个用来连接PC的预定高速接口，所述中频解调器将解调生成的SIF音频数据和CVBS复合视频数据输出往该高速接口。
7.根据权利要求6所述基于PC的电视接收装置，其特征在于还包括一个选频控制单元，接收来自遥控器或来自所述高速接口的指示信号，输出相应控制信号往所述调谐器，来控制载波范围的选择。
8.一种视频解调器，包括ADC模块，将中频单一电视信号转换成数字信号，锁相环电路，将所述数字信号搬移到基带以消除残余的载波偏差；VSB滤波电路，将所述残留边带复信号转化成双边带实信号；音视频信号分离电路，从所述双边带实信号中分离出独立的SIF音频和CVBS视频信号；其特征在于还包括至少一用来连接PC的预定高速接口，接收包括音频数据和复合视频数据在内的数据流；所述音频数据和复合视频数据分别对应着所述音频和视频信号。
9.根据权利要求8所述视频解调器，其特征在于所述高速接口或者是PCI-express接口，或者是USB2.0接口。
10.根据权利要求8所述视频解调器，其特征在于还包括增益控制单元，接收所述ADC模块的输出，根据该输出信号的大小产生相应的增益控制信号。
11.根据权利要求8所述视频解调器，其特征在于该视频解调器以ASIC方式存在。
12.一种解码方法，用于PC处理视频数据流，以实现在显示器上实时观看连续影像；其特征在于，包括步骤A.获取经高速接口传送的视频数据流；B.进行行同步和场同步脉冲检测；C.对有效行信号进行亮度和色度信号分离；D.对色度信号进一步解调并分离出U/V分量；E.将色度U/V分量格式转换成RGB分量；F.对相邻两场进行解交织处理，以得到完整的帧图像；G.对帧图像进行比例缩放、特殊效果处理以供显示。
13.根据权利要求12所述的解码方法，其特征在于，在步骤A和B之间还包括步骤A1.进行时钟/采样同步处理，以纠正采样频率和相位的偏差。
全文摘要
一种基于PC的电视接收方法及装置、视频解调器和解码方法，解调来自调谐器的预定中频载波的中频电视信号，并产生大量CVBS复合视频数据；利用PC的快速接口，包括PCI－express、USB2.0接口，来将包括所述CVBS视频数据的数据流实时发送到PC上，从而利用PC主机的CPU和显卡资源来完成部分解调和全部的解码工作，得到对应的图像数据以供显示器显示。利用本发明设计的电视接收系统，具有硬件极其精简、产品成本低的优点，并更有利于提高图像清晰度和升级维护的方便性。甚至能方便地将电视接收系统集成在PC主板上。
文档编号H04N5/44GK1953518SQ200510100698
公开日2007年4月25日 申请日期2005年10月21日 优先权日2005年10月21日
发明者叶军, 丘阳高, 姚志刚, 克里斯托弗.托马斯 申请人:芯微技术(深圳)有限公司