专利名称：Actv的四路多工编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及高度相关信息信号的编码器和解码器，更具体地说，涉及的这种编码器和解码器用在单一信道、NTSC兼容、宽屏幕加强清晰度电视(EDTV)系统中。
众所周知，原始的宽屏幕信号由中心显示面和左、右边带显示面组成，在它们作为NTSC兼容的4.2MHz基带信号向宽屏幕接收机和标准NTSC接收机广播之前，其中心显示面是时间扩展的，而其左、右边带显示面是时间压缩的。当用宽屏幕接收机(显示图象的宽高比为2∶1、16∶9或5∶3)接收时，时间扩展的中心显示面被压缩成原来的尺寸，而时间压缩的边带显示面也被扩展成它们原来的尺寸，再显示图象(因此，在宽屏幕接收机的屏幕上重现整个原始的宽屏幕图象)。图象边带显示面信号压缩技术的使用利用了标准NTSC电视接收机显示的水平过扫描范围的优点，因此，这样一个标准的NTSC接收机只在其4∶3宽高比屏幕上显示时间扩展的中心显示面(由于水平过扫描时间压缩的边带显示面被隐藏了。
单一信道NTSC兼容、宽屏幕EDTV电视信号包含的信息比常规的NTSC4.2MHz基带电视信号所包含的要多。常规的NTSC信号包括在达到4.2MHz的频带内的亮度信息以及在更小频带内调制在3.58MHz副载波上的色度信息。单一信道、NTSC兼容、宽屏幕EDTV信号包括4.2MHz以上频带内的高频亮度信息、边带显示面信息、再加上常规NTSC信号的亮度和色度信息。理想地，这附加的信息应以这样的方法编码，使得它能在宽屏幕接收机中解码，而不致于在不同类型的编码信息之间产生串扰，也不会由于这些编码信息的存在而损害在标准NTSC接收机上所显示的图象。
现在参考共同申请、序列号为NO.07/139，338、伊塞那狄(Isnardi)等人于1987年12月29日申请，并转让给与本发明相同的受让人。该申请揭示了一个单信道、NTSC兼容、宽屏幕EDTV系统，其中原始的宽屏幕信号除了包括时间扩展的中心显示面和时间压缩的边带显示面低频的主要成分外，还包括高频亮度和边带显示面成分。这三个成分都分别进行内部帧平均。帧内平均包括对每个NTSC帧的两个交织场确定的、在垂直-时间面内的每对邻近图象象素的象素值进行平均。这种帧内平均大大地减少了需要传输的图象数据，而不会导致显著的误差，因为由这样一对邻近象素所确定的图象数据在每帧内几乎都是高度相关的。该帧内平均的高频边带显示面和亮度成分被正交调制在一个副载波上，然后该正交调制的副载波与帧内平均的主成分相加，从而提供一个NTSC兼容的4.2MHz的基带信号。
在伊塞那狄(Isnardi)等人的申请中所用的帧内平均可允许在宽屏幕接收机中用解码器在垂直-时间显示面上对主成分和两个正交调制的成分中的每个实现完全的分离(即没有串扰)。但是，在伊塞那狄(Isnardi)等人的申请中，主成分包括标准NTSC信号的亮度和色度部分。帧内平均不允许在宽屏幕接收机中分离亮度和色度。它们需要用其它的装置来分离，比如用线性的、时间恒定的、垂直-时间的亮度和色度滤波器。如果这种滤波器是理想的话，才可能不产生串扰。但是，事实上不存在理想的滤波器。因此，只希望在主成分的亮度和色度部分以及其它附加信息成分之间不产生明显的不希望的串扰。而且，亮度、时间恒定的、垂直-时间滤波和帧内平均不会重叠式地同时出现它们往往互相干扰。而且，当单一信道、NTSC兼容、宽屏幕EDTV系统继续发展时，将会明显地看到在发送给宽屏幕接收机和标准NTSC接收机的电视信号中需要包含越来越多的附加信息成分。这就意味着在亮度和色度中含有的信息必须比内部帧平均减少得更多，但仍然不能对显示在宽屏幕或标准NTSC接收机上的图象有大的损害。本发明的四路多工编码和解码技术允许单一信道、NTSC兼容、宽屏幕EDTV系统以这样一种方式向宽屏幕和标准NTSC接收机传送大量的包括亮度和色度的信息成分，以使得这些成分可由每台宽屏幕接收机的解码器分离成其多个成分，而不会在各信息成分之间产生明显的串扰，也不会明显降低显示在标准NTSC接收机上的图象质量。
从广义的观点看，本发明的四路多工编码器工作在四个单独的系列上，其中每个系列由相继的独立参量值组成。由任何一个系列所表达的参量可以与由其它三个系列所表达的各个参量都不相同，或者反之，它们可以表达与其它三个系列的一个或多个相同的参量。在任何情况下，四个系列的每一个都被不同预定的极性编码进行极性调制，以使得四个极性调制的系列可以组合成一个单一信号，而该单一信号在后来又可用本发明的四路多工编码器将它分离成原始的四个系列。
非限制性地，本发明的四路多工编码器和四路多工解码器特别适用于单一信道、NTSC兼容、宽屏幕EDTV系统中，因为四个不同的预定的极性编码之一对应于NTSC制中固有的色度的极性编码。
更具体地说，本发明直接涉及用于电视型信号的多个成分，包括亮度成分、色度成分以及至少一个附加成分的四路多工编码器。该编码器包括第一个装置，转换所说信号成为相继的四个原始排列的信息四边形组，每个所说四边形由下列因素组成包括一个单一色度成分值的四个分离值、至少一个亮度值、以及对应于四边形中每个附加成分的一个值。该编码器还包括第二个装置，用第一个指定的、下述三个极性编码之一对每个相继组的四个顺序排列四边形的色度成分进行极性调制，这三个极性编码所具有的极性分别为(a)++--或者--++、(b)+--+或者-++-、以及(c)+-+-或者-+-+。该四路多工编码器还包括第三个装置，用第二个指定的、三个编码(a)、(b)和(c)之一分别对每个相继组的四个顺序排列四边形的一个附加成分进行极性调制。每个相继组的四个顺序排列四边形的所说的一个亮度成分的各个值都具有相同的极性，因此，事实上所说的一个亮度成分的各个值用具有(d)++++或----相关极性的第四极性编码进行极性调制。最后，该四路多工编码器还包括第四个装置，顺序地对所说的亮度、色度和附加成分的极性调制的值分别求和，这些成分包含在每个相继组的第一、第二、第三和第四个所说四个顺序排列四边形的一个四边形中，并产生相继的全四边形，每个都包括那组合成的各个四个顺序排列的总和值。
本发明还涉及一种四路多工解码器，用于分离加在其上面的相继的编码全四边形。该四路多工解码器包括第一装置，该装置至少有一矩阵装置，响应于加在其上的每个相继的全四边形，以将全四边形的四个值分解成各自的成分。该矩阵装置产生四个独立的输出，这些独立的输出至少包括基本上正比于全四边形色度成分值的输出、基本上正比于全四边形一个附加成分值的输出、基本上正比于全四边形亮度成分值的输出。该解码器还包括第二装置，以将相继的全四边形加给第一装置。
本发明所采用的四路多工编码器和解码器技术，其重要的一个优点是它基本上避免了多路复用成分之间的交叉失真。
图1图示了各种不同方法，以将包含交织电视场的电视型信号的垂直-时间图象面的四个相关图象值组合成信息四边形。
图2为对于垂直-时间图象面的每种信息四边形组合，画出了一个NTSC电视信号的色度分量的四个相关图象值的相应极性。
图3是按照本发明的四路多工编码器第一实施例的方框图。
图4是按照本发明的四路多工编码器的方框图，它与图3的四路多工编码器合作。
图5是按照本发明的四路多工编码器第二实施例的方框图。
图6是与图5的四路多工编码器配合的按照本发明的四路多工解码器的方框图。
图1示出了电视型信号的垂直-时间图象面，其中描绘了在垂直图象方向相继出现的扫描线与在时间图象方向上相继出现的交织电视场的对照关系。因此，在图1中，每个扫描行的水平图象方向指向纸面。应注意的是在该垂直-时间面内的图象信息自然是数字式的(即在垂直方向的扫描线和在时间方向的交织场作为图象取样值而出现，它们是间断的、可数的)。但是，此时在水平方向的相继图象值是模拟形式，而不是数字形式。当本发明的原理用于模拟形式的图象信息时，它将不适用的。由此，对本发明的以下描述只限于垂直-时间面。但是，应该理解的是如果将来的电视信号完全采用数字式标准，那么本发明将既可适用于水平-垂直图象面的数字图象取样值也可适用于垂直-时间图象面的数字图象取样值。
图1显示了怎样将垂直-时间图象面中的图象值100组织成信息四边形的各种方法，每个四边形都由垂直-时间图象面中四个邻近的图象值100组成。由于它们是相邻的，在四边形的四个图象值的每一个中所包含的图象信息与其它一个非常相关的可能性极大。一个例外是边缘横截一个特殊四边形，这种情况非常少。特别如图1所示，垂直-时间面的图象值100可以组织成四种不同形状的四边形。第一和第二种不同形状的四边形包括四边形102-u和102-d
，其中每一个都包括四个连续交织场的扫描线。四边形102-u的形状指定为向上四边形，而102-d的形状指定为向下四边形。类似地，四边形104-u指定为向上四边形104-d指定为向下四边形。可是，四边形104-u和104-d每个都包括每一对连续交织场中的两个连续扫描线。实际上，垂直-时间面上的图象值100被组织到一组相继的信息四边形中，它们都是从与图1所示的四种四边形中预选出来且相同的。众所周知，采用NTSC制的电视包含有相继的彩色帧，每个彩色帧是由两个连续的图象帧组成，而每个图象帧中又由两个连续的交织帧组成。在NTSC信号中，所有亮度信号图象值的相关极性都是相同的，但是色度信号(即调制彩色载波)图象值的相关极性在一个彩色帧中按照预定方式变化。图2显示了色度信号四边形图象值的相关极性是怎样按照下述因素变化的(1)预定的四边形形状，(2)相对彩色帧的开始端而言的四边形相应位置。
向上色度四边形102-u其位置与同一彩色帧的图象帧1和2对准(如四边形200a所显示的)，或者改为向上色度四边形102-u其位置与某一彩色帧的图象帧2和紧接着的彩色帧的图象帧1对准(如200b所示的)。用相同的方式，向下色度四边形102-d可以象四边形200a或象200b那样对准(分别如202a和202b所示的)。
对于向上色度四边形102-u的情况，四个色度值C1-C4的相关极性编码是++--(对于四边形200a)，或者是--++(对于四边形200b)。对于向下色度四边形102-d的情况，相关的极性编码是+--+(对于四边形202a)，或者是-++-(对于四边形202b)。对于200a和200b的极性编码是不独立的，因为其中一个仅仅是另一个的倒置形式。同理，极性编码202a和202b也不是独立的。但是四边形200a或200b的极性编码是独立于四边形202a或202b的极性编码的。进一步说，将向上色度四边形102-u的开头对准彩色帧的第一或第二图象帧的第二场，结果使得向上色度四边形102-u呈现出一个非独立的极性编码+--+或-++-。如果向下色度四边形102-d的开头对准彩色帧的图象帧1和2的第二场，结果极性编码不是--++就是++--。因此，将色度四边形的开头对准图象帧的第二场而不是第一场，其唯一效果是交换分别由向上和向下色度四边形102-u和102-d所采用的极性编码。
每个色度四边形104-u和104-d只占用一个图象帧，而不是整个色度帧。因此，在每个彩色帧内有两个相继的色度四边形104。在图象帧1和2中，向上色度四边形104-u分别有相反的、非独立的极性编码+-+-(四边形204a)和-+-+(四边形204b)中的一个。而向下色度四边形104-d有一个各自相反的、非独立的极性编码+--+(四边形206a)和-++-。如果任何一个色度四边形104开始于彩色帧的图象帧1或2的第二场，其结果是分别交换上述的向上和向下色度四边形104-u和104-d相应的极性编码。
下面四个极性编码是互相独立的(a)++--或相反地--++;
(b)+--+或相反地-++-;
(c)+-+-或相反地-+-+;
(d)++++或相反地----。
根据上述讨论可以看出NTSC信号的色度四边形总是遵守一定的特殊极性编码(a)、(b)和(c)之一。还可看出与色度四边形具有相应形状的亮度四边形遵守极性编码(d)。极性编码(a)、(b)和(c)中哪一个被指定取决于色度四边形的形状符合向上色度四边形102-u、向下色度四边形102-d、向上色度四边形104-u还是向下色度四边形104-d，还取决于该色度四边形是开始于彩色帧的四个连续场的第一、第二、第三还是第四个。但是，在任何情况下，总将保留两个独立的极性编码(a)、(b)和(c)，而不是上述的指定的一个，它可用来给电视型信号的两个附加成分编码。
更具体地，本发明将上述四个独立极性编码用于一个单一信道、NTSC兼容、宽屏幕加强清晰度电视系统，例如在上述的、正在审查中的、伊塞那狄(Isnardi)等人的申请中所揭示的那种系统。在这种系统中，产生一个NTSC兼容的4.2MHz基带信号，它包括NTSC制形式的亮度和色度信息，还包括附加的宽屏幕边带显示面信息，附加的色度信息、附加的高频以及附加的大约4.2MHz的高频亮度信息。正如上面所讨论的，这两个附加成分必须以这样一种方式结合到4.2MHz基带信号中去，以致于这些附加成分基本上不被在接收上述4.2MHz基带信号的标准NTSC接收机上看电视的观众所看见，尽管这些信号被宽屏幕加强清晰度接收机解码和使用。
现在参见图3，它显示了采用本发明的用于单一信道、NTSC兼容、宽屏幕加强清晰度电视系统中的一种四路多个编码器的方框图。为了图示目的，假设图3的编码器使用符合形状的四边形，而且彩色帧不是对准向上色度四边形200a就是对准向下色度四边形202a。另外，当传送给接收机的NTSC兼容信号是模拟信号时，图3的四路多工编码器的各个方框可用数字形式实施，在这种情况下，在将它传输给接收机之前就可用一个数字-模拟转换器将信号转换成模拟形式。
如图3所示，四个分离信息成分(包括亮度成分、加强信息调制H载波成分、色度调制C载波成分和边带显示面调制S载波成分)被加到四路多工编码器的输入端。具体地说，调制C载波加到四边形平均器300的输入端，该平均器将每个相继色度四边形的四个相关图象值进行平均。如果调制C载波作为一个输入加到四边形平均器300符合NTSC极性标准(如图2的色度四边形所示)，该平均值将基本上总是为零，因为彩色帧的四个场中的两个是正极性而另外两个场是负极性的。为避之，使输入到四边形平均器300的调制C载波每场都有相同的相位(即输入的每个相继的四边形具有极性编码(d)，而不是按照NTSC色度标准，某些具有极性编码(a)、(b)和(c)。
四边形平均器300包括存贮器或延迟装置和求和装置，以产生输出的色度四边形，其中所有四个色度值是按照在每个相继的输入色度四边形的垂直-时间面内四个相关色度图象值的中间平均值的比例给出的，并且是相同的。因此，以四边形平均器300输出的色度四边形的所有四个值每个值都是相同的。来自四边形平均器300的每个相继的输出色度四边形作为输入送到极性调制器302。极性调制器302包括一个响应于极性模式脉冲的开关，以倒换或不倒换加到其输入端的每个色度值的极性。该极性模式脉冲由一个计数器和相应的脉冲门产生，该计数器以场速率进行时钟同步，以彩色帧速率进行复位。因此，每个相继的计数器周期包括四个相继场。如果色度四边形符合向上色度四边形200a，则极性调制器302用极性编码(a)来调制每个相继的色度四边形。如果色度四边形符合向下色度四边形202a，极性调制器302用极性编码(b)来调制每个相继的色度四边形。这些相继的极性调制的色度四边形作为输入分别加到加法器装置204。
与相继的色度四边形作为输入加到四边形平均器300相对应，相继的边带显示面四边形输入到四边形平均器306而相继的加强亮度四边形输入到四边形平均器308。而且，四边形平均器306和308类似于四边形平均器300，极性调制器310和312类似于极性调制器302。可是，极性调制器310采用第一个特定的极性编码(a)、(b)和(c)而不是色度极性调制器302所采用的极性编码来极性调制来自四边形平均器306的每个相继的边带显示面四边形的四个中间平均值。用类似的方法，极性调制器312采用极性编码(a)、(b)和(c)中剩下的、没有被极性调制器302或310采用的一个极性调制 四边形平均器308的每个相继的、加强亮度四边形的四个中间平均值。极性调制器310和312各自的输出作为单独的输入送到加法器装置304。
亮度输入被频带分离滤波器314分离成第一和第二频率成分，分别为低于和高于1.8MHz。第一个低于1.8MHz的频带作为一个分离的输入加到加法器装置304。第二个频带，在由内部帧平均器316进行内部帧平均后，被频带分离滤波器318分离成第三和第四频带，分别为高于和低于3.0MHz。包括1.8-3.0MHz频率成分的第三个频带作为一个分离的输入加到加法器304。高于3.8MHz的第四频带，在由外部帧平均器320进行外部帧平均后，作为一个分离的输入加到加法器装置304。
如上述正在审查中的伊塞那狄(Isnardi)等人的申请所揭示的，内部帧平均器平均在每一个图象帧中的两个值。该平均可以是每个图象帧的两个交织场的两个相关图象值的中间平均。但是，该内部帧平均最好是按照在时间方向上所检测的图象运动进行加权。更具体地说，在图3中，运动检测器322响应于在每个相继低频亮度四边形中的第一频带亮度值、计算出运动指示系数K的值，该系数K按照在下面详细讨论的方式控制内部帧平均器316的加权。外部帧平均由平均第一场和第二场的相关图象值构成，两个相继的图象帧组成一个彩色帧。因此，内部帧平均器316和外部帧平均器320对于第一频带的亮度四边形的组合效果等效于四边形平均器。如果需要的话，可以将内部帧平均器316移到第三个频带内，并为外部帧平均器320在第四频带内取代一个四边形平均器，而不影响该四路多工编码器的工作。但是，这是不需要的，因为在垂直-时间面工作的四边形平均器基本上只需要更多的存贮器，而不需要在垂直-时间面上工作的外部帧。
来自加法器装置304的视频输出是包括相继的全图象信息四边形的NTSC兼容4.2MHz基带信号的。
在下面对图3所示的四路多工编码器的工作所进行的讨论中，假设亮度输入是4.2MHz的基带信号;包含1.5MHz同相成分和0.5MHz90°相移成分的调制C载波的频谱全部位于1.8-4.2MHz的频带中;调制S载波的2.0MHz带宽的频谱也全部位于1.8-4.2MHz频带中;确定4.2-5.2MHz之间加强亮度信息的调制H载波的1.0MHz带宽的频谱也全部位于3.0-4.2MHz中。而且还假设内部帧平均器316可以在输入到频带分离器318的每个相继亮度四边形的任何一个或多个四顺序排列的四边形位置，从存贮器读出由彩色帧的两个连续图象帧之一标出的两个内部帧平均亮度值之一。第一个假设使得垂直-时间面已经被组织到向上色度四边形200a中去了，因此，C成分被极性编码(a)进行极性调制;极性编码(b)分配给S成分，而极性编码(c)分配给H成分。按照第一个假设，下面的等式分别为3.0MHz以上的高频带、1.8-3.0MHz中频带和低于1.8MHz的低频带确定各自的、来自加法器装置304的每个相继顺序排列的全四边形的四个值L1、L2、L3和L4。更具体地，对于高频带的等式是L1＝Y+C+S+HL2＝Y+C-S-HL3＝Y-C-S+H
L4＝Y-C+S-H其中Y、C、S和H是为每个相继全四边形所采用的每个成分的四边形平均值。
对于中频带的等式是L1＝Ya+C+SL2＝Yb+C-SL3＝Ya-C-SL4＝Yb-C+S其中Ya和Yb是分别为了彩色帧的第一和第二图象帧由内部帧平均器316分别计算出来的平均值。H成分没有出现在该中频带等式中，因为其频谱只是限制在高频带内。
对于低频带的等式是L1＝Y1L2＝Y2L3＝Y3L4＝Y4其中Y1、Y2、Y3和Y4是在低频带中的亮度成分Y的四个独立的顺序排列的值。C和S成分没有出现在低频带等式中，因为其频谱只限制在中频和高频带中。
在每个高频、中频和低频带中，四个等式L1、L2、L3和L4形成的等式组是互相独立的。该独立性使得我们可以将亮度Y、色度C、边带显示面S和加强亮度H成分互相分离开来，而不会由于与宽屏幕加强清晰度电视接收机结合的四路多工编码器产生任何交叉串扰，另一方面标准的NTSC接收机可以很好地显示亮度和色度成分。关于这一点，中频带由四个成分中的三个组成，并且包含两个独立的亮度值，这个事实给向上四边形模式的等式组加了一些限制(即其中色度成分C必须用极性编码(a)进行极性调制)。首先，为了达到NTSC兼容，必须使每个独立的亮度成分值Ya和Yb与两个相反极性的色度成分值C相关联。其次，为了获得独立性，与一个Ya亮度成分值相关联的色度C和边带显示面S的各自极性必须与关联于另一个亮度成分值的色度C和边带显示面S成分的极性相反(对于Yb亮度成分值也是类似的)。为了实现对向上四边形模式的限制，边带显示器成分必须用极性编码(C)进行极性调制，这正如上面所假设的。因此，上述规定向上四边形模式所建立的L1、L2、L3和L4等式组是唯一可以被向上四边形模式所采用的等式组。
在向下四边形模式中，为了符合NTSC标准，色度成分必须用极性编码(b)进行极性调制，如向下四边形202a所指示的。用极性编码(b)对色度四边形进行极性调制，这就允许两个不同的L1、L2、L3和L4等式组都符合上面讨论的对中频带等式组的限制。
在两组等式的第一组中，对于中频带的各个值L1、L2、L3和L4是L1＝Ya+C+SL2＝Yb-C+SL3＝Ya-C-SL4＝Yb+C-S因此，第一组等式中对于高频带的L1、L2、L3和L4是
L1＝Y+C+S+HL2＝Y-C+S-HL3＝Y-C-S+HL4＝Y+C-S-H应该注意的是在对于向下四边形模式的第一组等式中，边带显示面S成分用极性编码(a)进行极性调制，而加强亮度H成分用极性编码(c)进行极性调制。
在对向下模式的L1、L2、L3和L4的第二个等式组中，边带S成分用极性编码(c)进行极性调制，而加强亮度H成分用极性编码(a)进行极性调制。具体地说，向下四边形的第二组等式的中频带的L1、L2、L3和L4为L1＝Ya+C+SL2＝Ya-C-SL3＝Yb-C+SL4＝Yb+C-S因此，向下模式的第二组等式的高频带的L1、L2、L3和L4为L1＝Y+C+S+HL2＝Y-C-S-HL3＝Y-C+S-HL4＝Y+C-S+H向下模式的第一和第二组等式的低频带的各个值L1、L2、L3和L4与上述向上模式中的那些是一致的。
中频带频率亮度成分值Ya和Yb是由内部帧平均器316产生的两个计算值。通常，Ya是每个相继的顺序排列的亮度四边形的Y1和Y2的中间平均值或其它平均函数，而Yb通常是每个相继的顺序排列的亮度四边形的Y3和Y4的中间平均值或其它平均函数。可是在理论上，不需要这种情况，例如Ya可以是Y1和Y3的中间平均值，而Yb可以是Y2和Y4的中间平均值(它相当于外部帧平均值)，但是Ya仍然是在亮度四边形中的Y2顺序位置上产生的，而Yb仍然是在亮度四边形中Y3顺序位置上产生的。这就等效于在向下模式的第一组中的交换行L2和L3。
行交换是一种诱惑人的方法，特别是当运动适配变得重要时，这是因为当交换暂时邻近行刚开始时，再排列的+Cs′和-Cs′值会引起非常错误的彩色。可是，当只有部分频带交换时，该行交换技术存在一些固有的困难。因为在1.8MHz附近的非理想水平滤波，在传输频带内某些信号单元不能被宽屏幕加强清晰度电视接收机正确交换回位，而有些不应交换的又被接收机交换了。如果某个滤波器能达到从1.8MHz一直到零这样低的频率，该行交换技术将可用于宽屏幕接收机，但是尽管如此，只要有图象运动，标准的NTSC接收机显示的图象将非常难看。
已经发现，在内帧平均器316内计算各个亮度值Ya和Yb时，给运动适配提供适当方法是采用下述平均函数Ya＝K(Y1+Y2)/2+(1-K)(Y1)Yb＝K(Y3+Y4)/2+(1-K)(Y4)其中K是运动指示系数，它具有在0-1之中的分数值。其中0表示在时间方向上没有运动，而1表示在时间方向上具有最大的运动。
运动检测器322响应于低频亮度成分的每个顺序排列的四边形的四个独立值Y1、Y2、Y3和Y4，并按照下列等式计算运动指示系数K的值△T＝｜(Y1+Y2)-(Y3+Y4)｜△V＝｜(Y1+Y3)-(Y2+Y4)｜和K＝△T/(△T+△V)宽屏幕加强清晰度电视接收机包括一个四路多工解码器，以分离由相继的全四边形组成的4.2MHz基带信号变成它的组成成分。图4所示的四路多工解码器与图3所示的四路多工编码器合作。
参见图4，频带分离滤波器400将其输入端的基带信号的相继全四边形分离成分别为低于和高于2.0MHz的第一和第二频带。与图3的四路多工编码器的频带分离滤波器314所采用的1.8MHz相比较，由频带分离滤波器400所采用的2.0MHz有一个0.2MHz的保护频带。尽管不是必须的，但是，是适合的，因为它避免在显示图象的水平方向出现串扰。
低频第一个频带输入到运动检测器402，也输入到加法器装置404。来自滤波器400的第二个频带输入给第一个矩阵装置406。第一矩阵装置406如下面所描述的，它工作在每个相继的全四边形的频带上，从2.0扩展到4.2MHz，并产生Y、色度C和边带显示面S和H′输出。该H′输出包括加强亮度H成分，它处于大约3.0MHz的高频带，还包括正比于在低于3.0MHz的中频带内的Ya和Yb之差的亮度差成分。频带分离滤波器408将H′输出分离成第三和第四频带，分别为低于和高于3.0MHz，它将在高频第四频带内的加强亮度H成分与在中频第三频带内的亮度差成分分离开来。来自频带分离滤波器408的该亮度差成分和来自第一矩阵装置406的亮度成分分别作为第一和第二输入加到第二矩阵装置410，在下面将要描述。第二矩阵装置410的输出作为第一个输入加到运动检测器412，运动解码器412的第二个输入是来自运动检测器402的运动指示系数K。运动解码器412的输出作为第二个分离的输入加到加法器装置404。加法器404的输出包括复盖整个4.2MHz基带频率范围的亮度成分。
第一个矩阵装置406最好以数字形式实现，它包括记忆延迟装置，足以使其输入端的每个相继的全四边形的各个值L1、L2、L3和L4同时产生。这就允许四个值L1、L2、L3和L4折算为一个预定的代数和。矩阵装置406包括两个这样的矩阵，一个是为了分解色度C成分值，而另一个是为了分解每个相继全四边形的边带显示面S的成分值。分解的色度C和边带显示面S成分作为第一个矩阵装置406的分别输出，然后加到相应的色度载波和边带显示面载波解码器。
Y和H′成分没有被第一矩阵装置406分解。具体地说，来自第一矩阵装置406的输出Y和H′仍然由每个相继全四边形的4个分离值L1、L2、L3和L4构成。但是，在Y成分输出的情况下，所有的4个分离值具有彼此相同的极性，而在H′输出的情况，4个分离值具有一组预定的极性，它们彼此都不相同。作为第二矩阵装置410的第一输入的亮度差成分具有与来自第一矩阵装置406的H′输出相同的预定的极性。
给第二矩阵装置410的Y输入在中频带和高频带内正比于Y的全部四边形平均值，而给第二矩阵装置410的亮度差输入只在中频带内正比于差值Ya-Yb。第二个矩阵装置410包括第一和第二个矩阵，两个都响应于加在其输入端的亮度差(Ya-Yb)和Y，分别在第一矩阵中分解值Ya，在第二个矩阵中分解值Yb。而且第二装置410还包括一个适当的记忆或延迟装置，以把Ya和Yb恢复值的相对位置分别恢复到每个相继四边形的第一和第二图象帧。因此，第二矩阵装置410的输出由在亮度成分的中频带中各个值Ya和Yb以及在亮度成分的高频带中的一个全四边形平均值Y组成。
在上面的讨论中已经说明第一矩阵406的色度C和边带显示面S输出都是各个值L1、L2、L3和L4的一个预定代数和，H′输出是由具有预定极性的4个值L1、L2、L3和L4组成。色度C和边带显示面S输出的预定代数和以及H′输出的预定极性取决于对每个相继全四边形的解码，这些四边形是由图3的四路多工编码器采用向上模式、第一向下模式或者第二向下模式而进行编码的。更具体地说，在向上模式情况下，预定的C和S的代数和以及Y和H′的关系为4C＝L1+L2-L3-L44S＝L1-L2-L3+L44Y＝L1+L2+L3+L44H′＝L1-L2+L3-L4在向下模式情况4C＝L1-L2-L3+L44S＝L1+L2-L3-L44Y＝L1+L2+L3+L44H′＝L1-L2+L3-L4
在第二个向下模式情况4C＝L1-L2-L3+L44S＝L1-L2+L3-L44Y＝L1+L2+L3+L44H′＝L1-L2-L3+L4很明显，全四边形平均4Y信号的中频带部分等于2Ya和2Yb之和，而4H′信号的中频带部分等于2Ya和2Yb之差。因此第二个矩阵装置410通过适当的加、减其第一和第二输入就能达到同时相等，以分解Ya和Yb值，所说的加、减可以用许多不同方法实现。通常，分解的值Ya和Yb不会在四边形中占有适当顺序位置。因此，通常第二个矩阵装置410需要记忆或延迟装置来恢复分解的Ya和Yb值，并相对于一个四边形中它们各自的适当位置，正如上面对第二矩阵装置410所描述的。可是，坚持用下面方法来组合给第二矩阵装置410的第一和第二输入，这会限制在第二矩阵410中采用记忆或延迟装置。首先计算包含输入到第二矩阵装置410的亮度差(Ya-Yb)的L1、L2、L3和L4的代数和。然后，该计算出来的代数和加上输入到第二矩阵装置410的Y的那些两个值L1、L2、L3和L4的每一个，它们与H′的正极性的L1、L2、L3和L4值相关联，并减去输入到第二矩阵装置410的Y的两个剩余的L1、L2、L3和L4值的每一个。这使得每一个Ya和Yb在亮度四边形中被恢复到它们适当的顺序位置，而不需要附加的记忆或延迟装置。
来自滤波器400的低频第一频带的每一个相继四边形由该低频带中4个独立的亮度成分组成。运动检测器402，其结构和功能与上述的运动检测器322一致，它产生运动指示系数K加到运动解码器412。运动解码器412将Ya和Yb值转换为包含顺序排列的亮度值Y′1、Y′2、Y′3和Y′4的亮度四边形，其中Y′1＝YaY′2＝KYa+(1-K)YbY3＝KYb+(1-K)YaφY′4＝Y′b应该理解的是加法器装置404可以包含任何延迟装置，以确保当其两个输入加到一起时适应的四边形值出现的时间互相重合。
来自滤波器408的高频第四频带由加强亮度H调制载波成分组成，它被加到适当的H解码器。
参见图5，它显示了四路多工编码器的另一个实施例。在图5中，方框500、502、504、506、510、512、514、516、518和520在结构上和功能上与上述的图3中的相应方框300、302、304、306、310、312、314、316、318和320一致。另外，尽管图5没有显示运动检测器，但是如果需要的话，类似于图3中的运动适配也可在图5中采用。
图3和图5所示的四路多工编码器的各个实施例之间的不同之处仅仅在于处理加强亮度成分的方法。在图5的实施例中，输入到频带分离滤波器514的亮度成分是包括4.2～5.2MHz加强亮度频带的基带信号，而不是只到4.2MHz。这不同与图3中的编码器实施例，其中加强亮度成分是一个分离调制的载波，而且基带亮度成分只到4.2MHz。
在图5的四路多工编码器实施例中，来自外部帧平均器520的高频第四频带亮度输出作为一个输入加到具有5.2MHz截止频率的低通滤波器524。低通滤波器524的输出输入到频率变换器526。该频率变换器526的第一输入由3.0～4.2MHz的高频带常规亮度成分和4.2～5.2MHz的加强亮度成分组成。一个8.4MHz的连续波折叠载波被加强亮度极性调制器512极性调制后作为第二个输入加到频率变换器526。频率变换器526被设计成只输出4.2MHz的信号而拒绝输出4.2MHz以上的信号。因此，频率变换器526的输出将包括加到其输入端的3.0～4.2MHz的常规亮度成分的高频带部分，它是未经过频率变换而直接送到其输出端的;以及极性调制的、频率变换的加强亮度成分，在频率变换器526的输出频谱上，它现在占的频带为3.2～4.2MHz。频率变换器526的输出作为一个分离的输入加到加法器装置504。因此，正象图3的四路多工编码器实施例那样，加法器装置504的输出也是由相继全四边形组成的4.2MHz基带信号。
把图6所示的四路多工解码器与图5所示的四路多工编码器相结合。在图6中，每个方框600、604、606、608和610在结构和功能上分别与图4中的相应方框400、404、406、408和410类似。另外，在图6中没有显示运动检测器或运动解码器，如果在图5的四路多工编码器中采用了运动适配，那么在图6的四路多工解码器中应该采用与运动检测器402和412相应的运动检测器和运动解码器。
在图6中，来自滤波器608的高频第四频带作为第一输入加到频率变换器614，而8.4MHz连续波非折叠载波作为第二输入加到频率变换器614。频率变换器614被设计成输出5.2MHz以下的所有频率，抑制5.2MHz以上的频率。加到频率变换器614第一输入端的3.0～4.2MHz频带包括被四路多工编码的加强亮度成分占有的3.2～4.2MHz频带。在被8.4MHz非折叠载波进行频率变换之后，该加强亮度成分在频率变换器614的输出端将恢复到它的原始4.2～5.2MHz频带。来自频率变换器614的该输出作为一个分离的输入加到加法器装置604。因此，加法器604的输出将是一个达到5.2MHz的亮度基带信号。
在描述图3和图5的四路多工编码器和图4和图6的四路多工解码器时，为了图示目的，曾假设垂直-时间面被组织成由彩色帧的4个相继场的每一个中的单一扫描线组成的四边形，例如色度四边形200a和200b。但是，可以看出垂直-时间面也可组织成象色度四边形204a和206a那样的四边形，它们包括在两个交织场的每一个中的两个连续扫描行，两个交织场组成彩色帧的二个图象帧的每一个。在后一种情况，图3和图5的四路多工编码器的每一个四边形平均器将用来平均四个相关的图象值，它们相应于每一个第二种四边形。可是，从图2可以看出在后一种情况，相对于彩色帧的第一图象帧的极性，该彩色帧的第二图象帧的极性被颠倒。因此，对于彩色帧的第二图象帧将采用三个极性编码(a)、(b)和(c)中适当改变的指定的一个。另外，因为图象信息在每一个图象帧中都是校正的，所以在后一种情况，内部帧平均不需要运动适配。另外，在后一种情况，四路多工编码器的内部帧平均器将用于平均图象帧的两场的每对相应的扫描行，或者平均图象帧的两个交织场扫描的每一个的每对连续扫描行的两个相关亮度成分图象值。
通常，极性编码可以用来提供2n个独立值，其方法可以使这些独立值无任何串扰地解码。在这里所揭示的四路多工编码器和解码器的情况下，n值正好等于2。但是本发明的原理可以推广到n大于2的情况。
另外，本发明的原理也可应用于其它信号，而不是电视型信号，尽管本发明是特别适合用于电视型信号。
权利要求
1.一种四路多工编码器，用于多路复用电视型信号成分，它包括一个亮度成分、一个色度成分和至少一个附加成分；所说编码器其特征在于第一个装置，用于变换所说的信号成为相继的四个顺序排列的信息四边形组，每个所说四边形由下述因素组成包括一个单一色度成分值的四个分离值，至少一个亮度值，以及包含在四边形中每个附加成分的一个值。第二个装置(300、302；500、502)，用第一个指定的下述三个极性编码之一对每个相继组的四个顺序排列四边形的所说色度成分进行极性调制，所说三个极性编码具有的极性分别为(a)++--或者--++、(b)+--+或者-++-、以及(c)+-+-或者-+-+；第三个装置(306、310；506、510)，用第二个指定的、所说三个编码(a)、(b)和(c)之一对每个相继组的四个顺序排列四边形的所说一个附加成分进行极性调制；每个相继组的四个顺序排列四边形的所说一个亮度成分的各个值都具有相同的极性，因此，效果上，所说的一个亮度成分的所说各个值用具有(d)++++或----相关极性的第四极性编码进行极性调制；以及第四个装置(304、504)，依次分别对所说的亮度、色度和附加成分的极性调制的值求和，这些成分包含在每个相继组的第一、第二、第三和第四个所说四个顺序排列四边形的一个四边形中，并产生相继的全四边形，每个都包括那组合成的各个四个顺序排列的总和值。
2.按照权利要求1的四路多工编码器，其特征在于所说第一个指定的、所说的三个编码之一是编码(a)、(b)和(c)中的某一个，而且所说的四个总和值以这样的次序排列成为每个相继的全四边形，以使得所说的某个编码在符合NTSC制的色度成分和亮度成分极性之间提供联系。
3.按照权利要求2的四路多工编码器，其中所说的电视型信号也包括另一个附加成分;而其中所说编码器进一步的特征在于第五个装置，用第三个指定的、所说三个编码(a)、(b)和(c)之一来极性调制每个相继组的四个顺序排列四边形的所说另一个附加成分的各个值。
4.按照权利要求3的四路多工编码器，其特征在于所说第一个装置包括独立的第六个装置，用以分别平均所说的信号的亮度成分、色度成分和两个附加成分的四个相关图象值，以对这四个成分的每一个产生一个单一平均值，所说一组四个顺序排列四边形的每一个由这四个成分的各个单一平均值组成。
5.按照权利要求4的四路多工编码器，其特征在于所说的相继组由垂直-时间图象面中的相继组组成;所说独立的第六个装置分别平均在垂直-时间图象面的每个所说信号的亮度成分、色度成分、以及两个附加成分的四个相关图象值。
6.按照权利要求5的四路多工编码器，其特征在于所说信号由图象信息的相继电视帧组成，每个所说的帧又由两个交织的电视场组成;所说的在垂直-时间面的每个所说的四个成分的四个相关图象值从四个连续交织场之一的一个单一图象行产生;所说的某个极性编码是极性编码(a)和(b)中的一个，在所说的垂直-时间面内它符合NTSC制电视信号的彩色成分极性。
7.按照权利要求5的四路多工编码器，其特征在于所说信号由图象信息的相继电视帧组成，而每个所说帧由两个交织的电视场组成;所说的在垂直-时间面的每个所说四个成分的四个相关图象值是从每两个交织场中的两个连续图象行中产生的。所说的某个极性编码是极性编码(c)，在垂直-时间面内，它符合NTSC制电视信号的色度成分极性。
8.按照权利要求2的四路多工编码器，其特征在于所说第一个装置将所说信号变换为顺序排列信息四边形的相继组，每个所说四边形由四个独立的值组成，包括一个色度成分值、两个亮度成分值、以及所说的一个附加成分值;第一个所说两个亮度成分值与每个相继组的给定一对四个顺序排列四边形相关联，它们被所说的第一个指定的、三个极性编码之一进行相反极性的调制;第二个所说两个亮度成分值与每个相继组的剩余一对四个顺序排列四边形相关联，它们被所说的第一个指定的、三个极性编码之一进行相反极性的调制。
9.按照权利要求8的四路多工编码器，其特征在于所说第一个装置包括独立的第五个装置，用以分别平均每个所说信号的色度成分和一个附加成分的四个相关图象值，以便每个成分都产生一个单一的平均值，每个所说四边形由这两个成分的各自单一平均值组成;第六个装置，(1)产生所说的第一个两个亮度成分值，作为所说信号的亮度成分的四个相关图象值的第一给定函数，(2)产生所说的第二个的两个亮度成分值，作为所说信号的亮度成分四个相关图象值的第二给定函数。
10.按照权利要求9的四路多工编码器，其特征在于所说独立的第五个装置分别平均在垂直-时间图象面的每个所说信号的色度成分和一个附加成分的四个相关图象值。所说第六个装置，(1)产生所说的两个亮度成分值的第一个，作为垂直-时间图象面内的所说信号的亮度成分的四个相关图象值的第一个给定函数，(2)产生所说两个亮度成分值的第二个，作为垂直-时间图象面内的所说信号亮度成分的四个相关图象值的第二给定函数。
11.按照权利要求10的四路多工编码器，其特征在于所说信号由图象信息的相继电视帧组成，而每个所说帧由两个交织电视场组成。在垂直-时间面上所说的色度和一个附加成分的所说四个相关图象值产生于构成每个连续帧的两个交织场之一的一个单一图象行;所说第一给定函数包括平均两个相关图象值，它们产生于两个连续帧的第一个的两场的每场中单一图象行;所说第二给定函数包括平均两个相关图象值，它们产生于两个连续帧的第二个的两场的每场中的单一图象行;所说的某个极性编码在垂直-时间面内符合NTSC制电视信号的彩色成分极性。
12.按照权利要求10的四路多工编码器，其特征在于所说的编码器响应于一个施加的运动信号K，其值在0-1范围内，0表示没有图象运动，1表示最大的图象运动;所说电视型信号由图象信息的相继电视帧组成，而每个所说帧由两个交织的电视场组成;在垂直-时间面上所说的色度和一个附加成分的所说四个相关图象值产生于构成每个连续帧的两个交织场之一的一个单一图象行;所说第一个给定函数是Ya＝K(Y1+Y2)/2+(1-K)(Y1)，其中Ya是所说两个亮度成分值的第一个，Y1和Y2分别是两个相关的图象值，分别产生于第一连续帧的第一场和第二场的一个单一图象行，而K是一个运动指示系数，其值在0-1范围内，0表示在图象时间方向没有图象运动，而1表示在图象时间方向有最大的图象运动。所说第二个给定函数是Yb＝K(Y3+Y4)/2+(1-K)(Y4)，其中Yb是所说两个亮度成分值的第二个，Y3和Y4分别是两个相关图象值，分别产生于第二个连续帧的第一和第二场的一个单一图象行;所说某个极性编码在垂直-时间面内符合NTSC制电视信号的彩色成分极性。
13.按照权利要求10的四路多工编码器，其特征在于所说信号由图象信息的相继电视帧组成，而每个所说帧由两个交织电视场组成;在垂直一时间面内，每个所说色度和所说一个附加成分的所说的四个相关图象值产生于组成每一帧的两个交织场之一的两个连续图象行;所说第一给定函数包括平均两个相关图象值，它们产生于构成每一帧的两个交织场中的第一场中的两个连续图象行;所说第二给定函数包括平均两个相关图象值，它们产生于构成每一帧的两个交织场的第二场中的两个连续图象行;所说的某个极性编码在垂直一时间面内符合NTSC制电视信号的彩色成分极性。
14.一种用于分离经四路多工编码的电视型信号的四路多工解码器，该信号由相继的全四边形组成，每个全四边形又由四个顺序排列值组成，全四边形的每个顺序排列值都包括一个不同的、预定的、亮度成分值、色度成分值以及至少一个附加成分值的代数和;其中作用于全四边形所有四个顺序排列值的色度成分是相同的，但作用于全四边形的所说的色度成分的极性按照第一指定的、三个极性编码之一的次序变化，其相关极性为(a)++--或者--++，(b)+--+或者-++-，以及(c)+-+-或者-+-+;作用于全四边形所有四个值的所说一个附加成分值是相同的，但所说一个附加成分的极性按照第二个指定的、三个极性编码(a)、(b)和(c)之一的次序变化;所说亮度成分有不超过2个的独立值，所说两个独立的亮度成分值中的一个作用于全四边形四个值中的那两个，它们与第一或第二指定的编码的某个极性相关联，而所说两个独立亮度成分值的另一个作用于全四边形剩下的那两个值，它们与某个所说第一和第二指定编码的相反极性相关联，作用于全四边形的所有四个值的所说亮度成分的极性对应于第四个极性编码的次序，其相关极性为(d)++++或者----;所说解码器其特征在于第一个装置，至少包括一个响应加在其上面的每个所说相继全四边形的矩阵装置(406)，所说矩阵装置分解全四边形的所说四个值成为所说的各自成分，所说矩阵装置产生四个独立的输出，所说独立的输出至少包括基本上正比于全四边形的色度成分的一个输出，基本上正比于全四边形的一个附加成分值的一个输出，基本上正比于全四边形的亮度成分值的一个输出;第二个装置(400)，将相继的全四边形加到所说的第一个装置。
15.按照权利要求14的四路多工解码器，其特征在于所说第一个指定的、三个编码之一是编码(a)、(b)和(c)中的某一个，而且每个相继全四边形的所说四个顺序排列值以如此次序排列，使得所说编码的某一个在NTSC制色度成分和亮度成分之间提供联系。
16.按照权利要求15的四路多工解码器，其特征在于每个所说的四个全值包括不同预定的亮度成分值、色度成分值、所说的一个附加成分值和另一个所说附加成分值的代数和;作用于所有四个顺序排列的全值的所说另一个附加成分值是相同的，但是其极性按照第三个指定的、所说的三个编码(a)、(b)和(c)之一变化;作用于所有四个顺序排列全值的所说亮度成分值是相同的;其中所说矩阵装置产生一个基本上正比于所说另一个附加成分的独立输出;因此，分别由来自所说的亮度成分值、色度成分值、一个附加成分值和另一个附加成分值可以用来驱动一个加强型电视显示。
17.按照权利要求15的四路多工解码器，其特征在于所说的亮度成分所说的两个独立值;其中所说的第一个装置产生一个基本上正比于所说两个独立的亮度成分值中的一个独立输出，以及另一个独立输出，它基本上正比于所说两个独立亮度成分值中的另一个;因此，由来自所说矩阵装置的所说四个独立输出而提供的所说两个独立亮度成分值、色度成分值和一个附加成分值可以用来驱动一个加强型电视显示。
18.按照权利要求17的四路多工解码器，其进一步特征在于一个运动解码器，响应于所说的两个独立亮度成分值和一个运动指示系数K，该系数K在0-1范围内，0表示在图象时间方向没有图象运动，而1表示在图象时间方向有最大图象运动，所说运动解码器将两个独立的亮度成分值按下述关系式所说亮度成分的每个相继的四边形的四个顺序排列图象值，四个关系式如下Y′1＝Ya，Y′2＝KYa+(1-K)Yb，Y′3＝KYb+(1-K)Ya，和Y′4＝Yb，其中Y′1、Y′2、Y′3和Y′4是所说的四个顺序排列图象值，而Ya和Yb分别是所说两个独立亮度成分值的第一个和第二个。
全文摘要
通过采用不同的、独立的极性编码，在垂直一时间面内，对在4.2MHZ基带电视型信号的中频和/或高频分离频带内的亮度、色度、边带显示面和加强型亮度成分的各个四边形的平均值(300、306、308)进行极性调制(302、310、312)，该编码成分可以组成单一的编码信道、NSTC兼容、加强清晰度的4.2MHZ带宽电视信号的相继的全四边形。该相继的全四边形编码信号可以由宽屏幕接收机解码(400-412)，而不会在各成分之间产生串扰，同时，这种编码的信号不会明显地影响标准NTSC接收机的显示。
文档编号H04N11/24GK1045673SQ89109179
公开日1990年9月26日 申请日期1989年11月10日 优先权日1988年11月11日
发明者小罗伯特·诺曼·赫斯特 申请人:通用电气公司