专利名称：视频发射机的数据处理方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在视频发射机的一条通信信道上发射两个信号，尤其是在一个视频信号的扫描视频部分传送数据的方及装置。
本申请是一九九二年六月十四日提交的美国专利07/715，920号的部分继续申请。
已有几种技术允许两个信号在同一通信信道上发送，当通信信道是一个指定的频谱频带宽度时，这些方法包括时分多路复用，正交地发射极化波，由两种相互透明的方法发射，以及频率交错。
对于视频信号来说，例如NTSC和PAL信号，有几种不同的方法用于在频带中传输附加信息。例如，一个色度(彩色)信号由色度信号和亮度信号(黑白)频率交错地传输。尤其是对于NTSC标准而言，亮度信号和色度信号是频率交错的。当然，色度信号与亮度信号极为相关，且它们展示了极高的相关性。
在信号传输过程中，有的周期，例如在垂直和水平消隐周期内，没有图象信息传输，在有些系统中，例如为听力弱的人所用的闭路字幕电视，其闭合字幕信息在垂直消隐周期期间传输。当然，利用消隐周期的传输系统的数据率相对较低，一般每秒20，000位。虽然这种传统率适于闭合字幕电视，而对于大量信息传输，例如每秒1.544百万位的T1传输，则显得传输率太低了。
因此，本发明的第一个目的是允许以高于所容许的消隐周期的数据率传输。
本发明的第二个目的是允许高数据率传输而不导致从传输信息到一般电视接收机的干扰。
本发明的第三个目的是利用频率交错来实现这种传输。
以上及其它目的实现是通过在图象元素信息传输时扫描主视频周期进行二次数据传输来实现的，而不是利用水平或竖直消隐周期来实现。所传输的数据由色度及亮度信号进行频率交错。
此处公开的新型通信系统所使用的传输机的信号处理器包括五个部分。一个主视频部分，一个计时部分，一个接收主视频信号的视频分析部分和一个数据调制部分。计时部分产生视频水平扫描频率的非整数倍增，以便数据部分用来进行调制。此外，计时部分产生一个复合消隐脉冲，以便数据部分光栅化被传输的数据。
另一部分是噪声干扰衰减部分，它接收视频部分的输出，并为主视频信号的交错提供频率间隙中的表示噪声的噪声信号，噪声信号可以从视频信号中减去，以衰减视频和数据信号复合时施加于调制数据信号的噪声。
二次数据部分接收二次数据信号，该信号可以是模拟或数字信号。二次数据部分光栅化并调制数据信号，以使所调制的数据信号由主视频信号进行频率交错。
数据部分光栅化数据信号，以包括垂直和水平消隐周期，这些周期在调制的数据信号和主视频信号相复合时与主视频信号中的那些消隐周期符合。被光栅化的数据随后由一个数据载波进行调制，以使被调制的数据光谱包络与主视频包络交错。复合的结果信号可由普通视频接收器接收，而该视频接收器中没有噪声干扰。
数据信号可由结合于专用信号处理器的接收器恢复。具有二次数据的频率所通过的滤波器为相位补偿器提供数据信号。该相位补偿器消除滤波器感应的相位移。之后，补偿器的输出可被解调、解码及解光栅。为实现解调，计时电路应包括在内，以产生数据载波及包括消隐周期的系统时钟。
图1是结合本发明实施例的一个信号处理器框图，用于发射机中。
图2是本发明实施例的接收器所用信号处理器框图。
图3是本发明第二实施例中的传输器所用的信号处理器框图。
图4是本发明第二实施例中接收器所使用的信号处理器的框图。
图5是本发明用于医疗图象的实施例的框图。
图6是本发明用于计算机网络的实施例框图，该网络使用有线电视装置及电话线。
图7是本发明用于双向计算机网络的实施例框图，该网络使用有线电视传输装置。
图8是图7中所示输入(Headend)的明细图。
图9所示为用户端节点的框图。
图10为图8中(磁带)盘芯的明细图。
图1展示了发射机的信号处理器10的实施例，该发射机可以每秒1.544百万位的T1传输率利用主NTSC彩色视频信号通过发射机传输二次数字数据。本发明的其它实施例可以用来以其它数据率传输数字数据，或以NTSC视频信号或其它视频形成信号传输模拟数据。
实施例10包括五个不同部分。这些部分包括一个主视频部分20，一个计时部分30，一个视频分析器部分40，一个二次数据调制部分50，和一个噪声衰减部分60。模拟求和器或求和器70将数据调制部分50，噪声衰减部分60和主视频部分20的输出复合。可是，视频部分20，视频分析器40，和噪声衰减部分60可能不需要，这要根据数据信号的数据率，主视频信号的质量，以及信道噪声而定。
一个被接收到的主视频信号，在本实施例中可以是一个具有15，734，264赫兹的水平消隐频率和59.940052赫兹的垂直消隐频率的NTSC彩色信号。该主视频信号由亮度及色度信号组成。该NTSC信号也具有由垂直和水平同步方向脉冲及消隐周期之间的扫描视频周期所确定的垂直及水平消隐周期。在扫描视频周期，一行视频图形的图象元素信息被传输。可是，应该懂得，该主视频信号可以是任何被光栅化的视频信号，包括通常用于其它国家PAL制的视频形式。某带上的主视频信号被提供给主视频部分20，计时部分30，和视频分析器40。
主视频信号的峰-峰幅值受限于一个由自动增益控制放大器22和视频信号的水平消隐同步方向脉冲级预定的标准，该视频信号的预定电压由直流分量恢复电路24设定。如果主视频信号是一个NTSC信号，则直流分量恢复电路24和自动增益控制放大器22的功能便是在RS 170A标准的输出端25提供信号。如果主视频信号达到RS 170A标准，则放大器22和恢复电路24可以省去。
输出端25是提供给第一模拟延迟线26的。第一模拟延迟线26的长度至少应相等于视频分析器部分40所要求的时间周期，以分析下述一组主视频信号的图象元素。延迟线26的输出提供于一个低通滤波器27，该滤波器衰减视频信号上部频带中的噪声。滤波器27的输出提供给第二延迟线28，其延迟相等于噪声衰减部分60的延迟。主视频部分20的输出提供给求和器70的同相输入端。
噪声衰减部分60包括一个被称为噪声干扰衰减装置的窄带梳形滤波器。该滤波器阻断具有亮度和色度信号信息的频带。噪声干扰部分60的输出包括位于亮度频率和色度频带之间间隙中的视频信号的噪声成分。之后，该噪声成分被提供到求和器70的反相输入，以消除主视频部分20输出端出现的噪声成分。
输入数据及外部时钟信号被提供给先入先出弹性缓冲器52。数据时钟控制数据存入缓冲器52的速率。弹性缓冲器52输出数据的速率由两个信号控制，计时部分30提供的系统时钟/光栅化信号33和视频分析器部分40提供的禁止信号。
在系统时钟信号33的作用下，弹性缓冲器52只以信号的扫描视频部分期间预定的速率输出数据。系统时钟33用于控制光栅化弹性缓冲器52的数据输出，以生成消隐周期。
在消隐周期期间没有数据从弹性缓冲器52输出。当没有数据从缓冲器输出时，消隐周期被充分地调整，以使视频部分20及数据部分50的输出消隐周期同步于求和器70。
进一步，如果以高速进行数据传输，例如T1，则弹性缓冲器52被禁止在具有急剧转变的视频线部分期间输出数据，这在后面将作详细说明。当视频分析器部分40不禁止弹性缓冲器时，弹性缓冲器52的输出则是输入二次数据的光栅化形态，例如具有相同持续消隐周期的数据，以及那些在数据部分50输出的和在视频部分20输出视频信号中的消隐周期，这两路消隐周期在到达求和器70时相符合。
从缓冲器52输出的光栅化二次数据信号被提供给编码器54，该编码器也接收系统时钟以及从视频分析器40输出的禁止信号。编码器将限制频带宽度的数据编码。编码器54可以是不归零记录(NRZ)编码器，频率调制(FM)编码器，改进型调频制(MFM)编码器，曼彻斯特码(Manchester)编码器，1，7 RLL编码器，2，7 RLL编码器，或任何其它限制从弹性缓冲器52输出的被光栅化数据信号的频带宽度的编码器。此外，可以利用数据保密器和块纠错码器来提供保密或改进误码率。
该编码器的输出提供给倍增器56，以调制数据载波上的编码数据。该编码数据与一个数据载波是相位同步的，并由倍增器56做幅值调制。在本特定实施例中，该调制的载波是根据所编码的数据是1或是0来决定是用还是不用。
可是，在其它实施例中，可能采用不同的调制方案。对于低二次数据率传输来说，编码的数据不需要与调制的数据同步，且一个数据位可以经过数据载波的几个周期传输，对于较高数据率来说，编码的数据与数据载波同步，允许两个以上位级用于较高数据率传输。例如，半个周期可以有一个零位级峰，一个1/3最大位级峰，一个2/3最大位级峰和一个最大位级峰，以致两个数据位可以在一个半个周期内传输。其它技术用于增长数据率，例如正交幅值调制，正交相移键控以及相位调制，其数据及数据载波是同步的。繁秒280千位的数据率不要求这种每半个周期进行多位调制的技术。
带有编码数据的调制数据载波通过低通滤波器58传送，该滤波器只允许传输低边带数据载波。数据载波的高边带及全部谐波被低通滤波器58阻断。
低通滤波器58的输出提供给求和器70的同相输入，使所调制的光栅化的二次数据与处理的视频复合。数据部分50和视频部分20的计时是提供给求和器70的视频信号中消隐周期与光栅调制数据信号的禁止间隔的符合。从视频部分20和数据部分50输出的组合信号是一个基带频率信号，它具有用于数据信号的信息和用于视频信号频率的信息，并被分解为分别具有最小重叠的分开的基带。被分解的信号随后可以正常数据率传输。
计时部分30包括一个垂直同步检测器，一个水平同步检测器，一个色帧检测器和利用所检测的数据生成各种计时信号的锁相环。尤其是，本实施例中的数据载波的生成是用主视频信号的水平扫描率除以四，然后通过使用锁相环将该扫描率乘以一千零四十三，以产生4，102，708赫兹的数据载波。由于数据信号已被扫描，并随后在调制器56以水平频率的非整数倍增进行调制，视频信号的谱带包络是当由求和器70复合到视频信号时与该视频信号相交错的频率。进一步，数据载波应与色帧具有一个已知的相位关系。
上述数据载波的选择是一特定例，其它非整数倍增也可使用。数据载波的判据是(1)应该是水平扫描频率的非整数倍增载波，(2)应该大于色度载波，以及(3)应在亮度基带之外，视频信道带宽之内，以使伴音信道中不存在干扰。
此外，计时部分使用锁相环产生系统时钟光栅信号33，用于弹性缓冲器52的输入数据。系统时钟频率应该是水平扫描频率的分谐波或谐波。系统时钟频率的选择应根据扫描视频线期间的最大数据传输率和数据时钟率。时钟应被禁止一段与每个视频及水平消隐周期相同的周期，以便在主视频信号的消隐周期期间没有调制的数据在求和器70与视频信号复合，例如视频20与数据部分50的输出中的消隐周期应该同步。进一步，系统时钟率应足够高，以便弹性缓冲不致上溢。
使用锁相环生成系统时钟和数据载波，意即这两个信号是相位相关的。这样做是允许调制器以高数据率传输，例如，数据载波的每半个周期代表一个数据元的传输。
计时部分的第三输出是指示出水平同步脉冲中的前沿的出现的脉冲。该前沿脉冲是用任何几个前沿脉冲检测电路(未示)提供的，并被直流分量恢复电路24用来设置与RS170A标准的消隐级。
在较高数据率传输系统中可能包括一个视频分析器40。视频分析器40包括一个数字信号处理器，用来分析视频信号的扫描部分，该扫描部分具有表示急剧转变线中一组图象元素的信息。该视频分析器查找一急剧转变的信号信息，该转变产生出亮度或光度信号的强高频束。随后，一个禁止信号被送至弹性缓冲器52和编码器54。该禁止信号被时移，使得当视频部分20输出表示急剧转变的主视频信息时没有二次数据提供到求和器70。视频分析器40的使用进一步减少了二次数据和主视频位号之间的干扰的可能性。视频分析器也可以将起动及停止代码插入数据流，以便接收器在数据传输被禁止以避免干扰时可以识别。
只有高速数据率，例如T1及更高的系统才需要视频分析器40。对于较低数据率系统，视频分析器40和禁止信号可以免去。在那些具有视频分析器的系统中，主视频部分20中的延迟线26必须将主视频信号充分延迟一个时间周期，以便分析器40处理一组图象元素。如果数据传输率相对较低，例如每秒钟两百八十千万位，则视频分析器40和延迟线26可以免去。
求和器70的输出结果是主视频信号和数据的频率交错。此外，从求和器70输出的组合信号仍为标准NTSC信号的消隐周期。因此，该视频信号可由标准NTSC接收器接收而不需检测二次传输数据。
为进一步保证避免干扰，噪声干扰部分60和二次数据部分50的输出信号级应被定标。该定标应将这两部分的注入级设置到求和器70，以避免干扰。噪声干扰部分60的输出级在接收器接收到数据信号时被调整至最小噪声。数据部分50的输出级亦应被调整，使得在耦合到求和器70的输出的视频监视器上没有引人注意的干扰。
在某些应用中可能需要传输一个外加低频信号，例如音频信号。例如，音频信号可用美国专利5，021，786号的压缩技术采样，并在水平同步周期期间被传输。比如说，如果二次数据是压缩的视频，用于该压缩视频的左右音频信道的音频信号可以在每一扫描周期期间被取样，并在水平同步脉冲期间被相加。计时信号所控制的倍频器可用于将压缩的数字数据在水平同步脉冲期间相加。
图2展示了一个用于视频接收器的信号处理器100，该接收器将传输的数据与视频传输器所传输的信号分开，该传输器与图1中的处理器合并。虽然本实施例所示接收具有二次数字数据频率的主NTSC信号与视频信号相互交错，而其它实施例可使用其它视频信号及主数据。
在图2中，所接收的基带信号包括视频及数据信息是由两个部分处理的，一个是视频部分120，以及计时电路130和视频分析器部分140。视频部分120通过自动增益控制放大器122和直流分量恢复电路124处理所接收的基带信号。直流分量恢复电路的输出提供给噪声图象设备123，该设备的滤波特性与发射机中噪声图象设备60的相同。接收器100中的噪声图象设备123的输出传送具有传输数据信号的交错频率，但阻断主视频信号。噪声图象设备123的输出提供到相位补偿125，该相位补偿根据噪声图象设备123调整相位失真。相位补偿125可以是具有噪声图象设备123的反相位延迟的第二滤波器，用于调整噪声图象设备123引入的相位失真。
相位补偿输出信号是由数据部分50提供给求和器70的光栅化调制数据信号的再生成。光栅化调制数据信号被提供给数据级检测器126，该检测器也接收系统时钟信号。数据级检测器126包括一个峰值检波器，用于在每一系统时钟周期检测一个峰值检波的信号。对于与图1的数据发射机兼容的数据接收机来说，数据检测器输出最好是一个数字信号，当数据载波半周出现时它是“1”，而数据载波半周不出现时它表示“0”。
虽然上述数据级检测器126是为发射机10设计的，可以理解，该数据级检测器可以是任何与发射机10的数据传输级调制相兼容的形式。例如，如果数据是相位调制的，则数据级检测器可以是一个相位检波器，或如果发射机使用正交幅值调制数据，则该检测器可以是一个正交幅值检波器。进一步，如果数据率足够低到一位数据要经过几个周期传输，例如每秒64千位，则数据级检测器可以是一个包络检波器。
对高数据率来说，可能需要一个同步检测调制数据的电路。时钟恢复电路可用于恢复在数据中编码的时钟。该恢复的时钟可用于将调制的数据采样。被采样并调制的数据被提供给一个模数转换器，以产生数字信号。低通滤波器，旋转器和脉冲限幅器可用于该数据检测器。
数据级检测器126的输出提供给输出数字信号的数据分离和解码器128。该数据分离及解码器128从计时电路130接收时间调整的合成消隐信号和由计时电路30输出的数据载波的再生成。数据分离解码器128也接收从视频分析器140输出的视频禁止信号。数据解码器128使用用于每个时钟同期的数据级位，数据载波，消隐合成信号和禁止信号提供数据，其输出时钟率与提供给发射机的弹性缓冲器52的数据率相同。数据解码分离器128还消除发射机10中解码器54所提供的解码。
分离器128的输出提供给先进先出弹性缓冲器129。输入到缓冲器129的数据率由计时块130的系统时钟控制。由第二时钟(未示)从缓冲器输出的数据可以以任何避免缓冲器上溢的数据率传输。
视频分析器140和计时块130的操作方式与发射机10的计时部分30的视频分析器40的相同。分析器140和计时块130避免数据解码分离器128读到光栅化数据中的消隐周期或数据中传输的禁止周期。因此，数据信号将适当地恢复延迟线(未示)，该延迟线应在数据级检测器之前包括在内，延迟线将补偿视频分析器140的处理周期。
可是，应该注意到，如果图1中的视频分析器40在由于考虑到干扰而禁止数据传输时将起始/停止代码插入数据流，该接收器不需要视频分析器40，取而代之，作为解码功能的一部分，数据解码分离器128可以检测起始/停止代码。
图3展示了图1处理器的另一实施例200，该处理器用于发射机，同样的元部件采用相同的数字标示，该实施例200包括视频部分220，定时部分230，数据部分250和求和器270，但没有噪声干扰衰减部分60，并可以没有视频分析器部分40。
但是，在这一实施例中，输入基带视频信号最好由视频部分220稍作修改。例如，采用NTSC信号，视频信号色度部分上边带中的光度和色度信息的谱带包络部分最好被衰减掉。例如，在用NTSC视频的系统中，低通滤波器227将消除视频信号中高于317兆赫兹的几乎所有谱带能量。用于视频信号的截止频率的部分取决于特定的视频信号格式的特性且该截止频率应被选择以使足够的彩色视频信息被传送。从而不会使接收机前的观众感觉到有彩色信息丢失。
进而，定时部分230有一个同步控侧器232，用来产生用于自动增益控制放大器222和直流恢复电路224的同步检测信号231，并产生一个合成视频同步信号235的标示每个水平和垂直消隐周期。定时电路230包括一个载波发生器233，用于产生数据载波。该载波最好是视频信号带宽的边缘附边的视频信号的水平扫描频率的非整数四分之一倍增。尤其是，频率为4，197，114赫兹的载波很适用于NTSC光栅化视频带宽信号。通过把水平频率除以4并用相位锁定环把该频率乘上一个适当的乘数(例如1067)，便可得到该数据载波。另一方案中，载波发生器233可以是一个自激振荡器，其工作频率为水平扫描速率(例如4，197，114赫兹)的1/4，奇数倍增。为了获得最小干扰及具有色度和光度信息的数据信号的最佳频率交错，数据载波237应为在视频基带频率谱带上端附近的水平扫描率的奇次1/4倍增，该载波产生器233是以时钟频率输出时钟信号239，该时钟信号239最好与载波信号237有一固定相位关系，并且可以是载波信号237的矩形波形态。
数据250包括一个IEEE RS 449接口/光栅发生器251，分组处理器253，模拟数据转换器257以及一个数据均衡器-延迟放大器258和一个幅值调制器256，该IEEE RS 449接口/光栅发生器251接收数据信号和数据时钟信号。合成同步信号235以及时钟信号239，IEEE RS449接口/光栅发生器251有一先入先出缓冲器。数据由数据时钟读入该缓冲器并在时钟239及合成同步信号235的控制下读出该缓冲器。合成同步信号235标示了视频信号中的水平和垂直消隐周期的定时。为了最好在每行中包括一个同步标识，接口/光栅发生器251中的缓冲器的数据输出252以足够低的时钟速率输出，从而可把消隐周期和同步标识加入数据部分250的输出数据流中。接口/光栅发生器251提供输出至分组处理器253，模拟数据转换器257及调制器256。
分组处理器253在把数据252编程从而将盘随机化之后把光栅化数据的位组分成若干组。可以采用这类随机处理技术，即把数据252提供给一个五位移位寄存器，在其中，该寄存器的第三和第五位与输入数据位进行异逻辑处理。任何其他防止可识别模式出现在电视机视频屏幕上的随机处理技术亦可采用。唯一的起始码被加到每组的起始处且CRC或其他错误检测码也可包括在一组的结束之处。虽然不必在一组结束处包括唯一的终止码。每组最好包含大约1000位，其中有起始码和错误检测码。
至少一个定时信号254控制分组处理器253的输出，以便在适当周期内使数据部分的输出为0。从而使幅值调制256的输出在来自视频部分220的视频信号的消隐周期内为0。此外，定时信号254可使数据部分250的输出中的消隐周期长于视频部分220输出的消隐周期几个数据载波周期，从而数据载波脉冲可以插到每个扫描视频行的起始处以供同步。
最好定时信号254也控制分组中每位输出从而使数据载波的调制与数据同步。
在另一实施例中，一个位元的持续时间是数据载波的七个周期。因此，定时信号254控制分组处理器的输出，从而每七个数据载波周期便把一个数据位提供给模拟数据转换器。
分组处理器253的输出送至模拟数据转换器257，用于限制分组处理器输出的频带。该模拟数据电路257提供一个模拟数据位，它由一个正整数(限带)脉冲和一个负整数(限带)脉冲组成，该正整数脉冲作为输入数据流的每个1而负整数脉冲作为数据流的每个0。其他用于高数据率的编码方式(CM如正交幅值调制)也可采用。
模拟数据电路257的输出还响应于定时控制信号254加到数据均衡器一延迟放大器258，从而由控制调制器256输出的峰值输出电平的数据载波同步调制该模拟数据均衡器-延迟放大器258改变模拟数据电路257的输出的相位以补偿陷波滤波器导致的相位偏移，这将在下面叙述。均衡器-延迟放大器258也对至少100千赫，最好300千赫以上的频率进行频率预校正，从而加强数据信号和视频信号随后的恢复以便在一个衰减的调制数据信号与视频信号合成时避免交叉噪声影响。
IEEE RS 449接口/光栅处理器251提供的一个定时信号254使调制器256输出一个约有七个数据载波237的周期的未调制脉冲。数据载波237的未调制脉冲最好与每个扫描视频周期的起始相符，以便可由图4的接收机300容易地检测以获取数据载波同步(如以下所述)，该数据载波脉冲包括在扫描数据周期中，该为描数据周期由调制器256输出并最好有一稍微短于扫描视频周期的持续时间，从而提供一个短时间的安全裕量以确保在视频消隐周期内没有数据及数据载波脉冲传送。该定时信号254也设定用于模拟数据信号的延迟，以便数据中的消隐周期将与视频部分220的输出相符合。
换言之，一个相位同步标识用于增强由一串“1”组成的数据载波脉冲，该标识可根据适当的定时控制信号254在263行的起始处被插入模拟数据电路257输出的数据流中。这一串“1”持续半行并可由接收机用于维持同步，如以下所述。
幅值调制器256用来做均衡器-放大器258的输出对数据载波进行幅值调制。由于数据已被光栅化且数据载波频率是水平扫描率的1/4非整数倍增，与视频信号光谱重合的调制数据载波的谱带将与视频信号光度和色度部分的谱带交错。
求和器270控制已调数据信号的峰-峰幅值，从而该调制的数据改号以一低电平加入。例如，一个在视频部分220的输出电平下的20分贝的信号可被采用，进而，应注意到定时控制信号254控制模拟数据电路257的输出和放大器258的输出，从而使调制器256的输出在滤波器227的输出信号的垂直和水平消隐周期为0。
求和器270的输出则被加到陷波滤波器280，它有一个在视频信号的音频部分的频率范围处的终止带。陷波滤波器的输出则有了一加入的音频部分且该整个合成的信号可通过一个发射机(未示出)以一适当频率进行传送。
图4示出了一个信号处理器的第二实施例，该例用于与图3的实施例200兼容的接收机，实施例300包括三部分调谐器部分310，定时部分330和数据部分340，输入是一射频视频认号，该信号有一加入的数据信号，例如实施例200的输出是54-60MHz的射频频率，用于频道2的NTSC信号。
调谐器部分310处理合成的视频和数据信号并提供一个中频信号到数据调谐部分312和视频调谐部分314，该部分处理接收的中频信号的分离部分。该视频调谐314包括一个具有表面滤声器的带通滤波部分，该表面滤声器通过低于色度子载波的频率，即那些包含相当少数据谱带能量的频率，该视频调谐器314外差该中频信号以产生基带视频信号315。该视频基带信号315无需包含许多信息，象水平和垂直信号那样被限定。该视频基带信号315被供给同步检测器332，从而提供一个合成视频同步信号333，它标识基带视频信号315中的水平和垂直消隐周期。
数据调谐器312包括一个带通滤波部分，该部分包括一个在数据带宽范围内通过中频的表面滤声器。滤波部分的输出然后被外差以提供一个4.2MHz的调制数据信号313。高道滤波器327的输出与图3中调制器256输入到求和器270的情况类似。
从滤波器327输出的模拟信号被定时部分330提供给解调器360的数据载波334解调，该解调器360选择为与发送部分的调制器相兼容、解调的输出然后由数据接口362取样以提供数字数据。在一实施例中，数据接口可以响应选通信号356对解调器360的输出取样并响应于该取样以TTL电平提供数字数据。从数字转换器362输出的数字数据被解分组处理器364分解，而且起始码和任何误差校正码被解分组364去除且该数据被解码。如果误差校正码被使用，该解分组处理器还可尽可能地校正任何传送误差。
解分组处理器364的数字数据输出和一个可变速率数据时钟一起加至IEEE RS 449接口366。该接口366包括一个先入先出缓冲器(未示出)，数据在时钟信号365的控制下进入该缓冲器。数据在解分组处理器364产生的可变数据时钟控制下由接口366输出。
除了产生合成同步信号333之外，定时部分330还包括一个载波分离器338和一个数据载波产生器335。为了使得在发射机200数据载波237和接收机300中的载波之间相位同步，载波分离器338检测在每个水平行起始处的相位同步标识数据载波脉冲，并且通过数字同步器336产生的定时控制信号354在每个水平行起始处提供检测脉冲的定时，载波分离器338提供一个相位控制信号到一个载波发生器335，载波发生器335发出数据载波信号334，从而在接收机中的数据载波334的相位与发射机中的数据载波237的相位同步。而且两个数据载波频率被锁定，相位和频率锁定可以以这样一个方式实现，即在常现接收机中的彩色副载波与发射机中的彩色副载波同步。载波发生器335还发出与数据载波334相同的频率及与数据载波334有一已知相位关系的时钟信号339。在一个实施例中，数据时钟339可以是通过一个比较器得到的数据时钟的方波形态。
在图4的实施例300中，数字同步器336应该最好被调整从而使选通信号330和定时控制信号被调整以补偿解调器360中的高通滤波器327和低通滤波器(未示出)产生的相移。尤其是，解调器360的输出应该重复再现发射机200中的模拟数据电路257的输出，但其噪声和变形则被消除了。因此，数字同步器336提供了选通信号以便在模拟数据信号的正向或负向峰值发生时对解调器的输出取样。此外，数字同步器336还提供选通信号356到解分组处理器364以便从数据流中去除消隐周期。
解分组处理器364最好给RS 499接口336提供数据和数据时钟365。解分组处理器计算前一个视频帧期间传送的位数以产生该数据时钟。如果在最近的一个帧期间传说达较少数据，数据时钟率降低以跟随该数据率。若在上一帧中传送较多数据直到最大速率，数据时钟速率增加，时钟速率的调整通常是由接口366的缓冲器中的数据决定的。但是，应该注意到当几个帧没有或只有极少数据传送时，该缓冲器将是空的。
为了进一步增强相位同步，在以上所述的263行期间传送的一可选“1”串可以用于改变时钟335的相位，该定时电路330标识传送信号的垂直同步脉冲。一旦定时电路330标识了该垂直同步脉冲，236行的第一串便可标识，接口电路366或数字同步336产生一个信号(未示出)以改变载波的相位直至输入和输出之间的载波相位同步被上述部件检测到已完成，最好由数字同步器336控制载波相位来实现相位同步，从而在236行第一串期间传送的一串“1”标识为一最大正向幅值。此外，从发生器335产生的载波使其相位以此方式连续调整以便在发射机处理器200和接收机处理器300的载波之间保持相位同步。
通过使用实施例200和300所表示的技术，可获得每秒384千位的数据传输。通过恢复正交幅值调制，便可获得T1数据带。
200和300的实施例还包括一个与图1的实施例100中的分析器40相似的分析器(未示出)，该分析器可以进一步减少视频信号和数据信号之间的任何干扰。该分析器检测视频信号中的陡变。一个检测到导致高于一预定限制的光度谱带中的高频谱带分量的这种陡变，在把适当的起始/终止码加到数据流中之后便暂停数据传送。接收机200中的解分组处理器检测起始/终止码，并响应于这些码对传送的数据解分组。
虽然前述实施例用于NTSC制式的视频信号并以频率交错方式传送数字数据，本发明的其他实施例也可采用。可传送的视频数据可以是例如PAL中或SECAM制式中的信号，任何光栅化的HDTV信号，或任何已被光栅化的信号。进而，数据可是模拟或数字数据，而且其传送和接收格式可以同步或不同步，取决于数据率。本发明的一个特别有用的应用是传送压缩视频信号或ACTV信号。
由于本发明的实施例可实现高数据率，本发明还特别应用于在(5×7呎)和高质量数字图形传送，或大于每呎400点的图片传送，而只需常规的数据压缩技术。数据传输全部或主要从一个源到一个或多个目标，该系统的一个例子是在有线电视网上传送医学图形或通过无线电波传送视频信号。如图5所示，来自一个X光机器数据计算机附助层析X射线扫描机，核磁共振机或类似机器410的医学图形被用于JPEG或MPEG的常规压缩器412进行压缩。压缩器412的输出作为数据供给发射机处理器200。或者，输入信号可以来自高分辨率传真机或在一个高密度介质中存储的图形数据。该视频输入信号去往处理器200，该信号可以是用于特定频道的基带有线电视信号，或可以是通过无线电波传输的标准基带电视信号。此外，合成的信号可通过卫星收发器进行远距离传送。由于大量视频信道可用，也可把附加的图形输入和通过电缆传送的其他位道的基带视频进行合成。
接收机处理器300可以耦合以接收一个调谐器的基带输出，该调谐器(未示出)被调到所选之频道以接收不同的传输数据。压缩器414然后压缩该数据输出并在适当介质416上进行显示。该介质416可以是高质量图形打印机或SVGA或XGA显示。
替换之，高数据率信号可以在一个方向通过一个高容量通信频道进行传送。该频道包括一个发射机处理器200，一个有线电视网以及位于多个地点处的接收机处理器300。从这些地点以很低数据率传送的其他数据可通过象电视线或行动电话网之类的低容量传送介质传送。
例如，图6示出了一个双向实施例500，PCX或TIFF格式图形之类的图解数据可存在一个网络文件服务器502中。在计算机514 a-e中至少一个以上的用户通过相应的调制解调器508 a-e及电话网504请求特定存储的图形。文件服务器接收通过多线调制解调器510接收请求。图形之类的请求的数据通过发射机处理器及有线网512传到与至少一个接收机处理器耦合的调谐器513。理想情况是对一个处理器300分多路。数字数据然后传到节点计算机514 a-e的通信口以供显示。除此之外，数据压缩器412及压缩软件也可用于压缩在网络512上传送的数据。
每个节点计算机可被分配一个独特的地址。在有线网512上传送的信息由目标节点计算机506 a-e的地址所编码，以致只有一个特定节点或一组节点接收传送的信息。
图6所示网络的示例可是旅行社或直接销售地，计算机514 a-e的用户可传送简单命令，例如在菜单上选择项目或选择2菜单。响应于特定项目或子菜单的选择，根据选择的图象可以计算机显示上展示的合成信号在网络上传送。例如，用户可以键入想要访问的城市的名字，可接受的旅馆房间的价格范围及其他标准。响应于进入的信息，经图6所示网络的操作，便可在传送的标准范围内选定旅馆。
在其他实施例中，通过使用图7所示的有线电视网的子频道亦可实现双向计算机网络600，多个分离磁带站602与有线电视((ATV)输入端通过电话线606或其他介质相耦合，有线电视节点630通过有线电视同轴电缆网络或光纤网络608耦合到有线电视输入端610。或者，一个文件服务站(未示出)也可以成为输入端610的一部分而取代磁带站602。
该网络最好用具有快速分组开关的帧中继规约，这可由采用多个视频频道的方式实现。有线电视网的至少一个前向控制频道同作控制频道，把控制信息送到多个有线电视计算机节点630。根据通过常规电视频道从输入端610传到有线电视节点630。数据通过T8，T9至T10这样的子频道从有线电视计算机节点630传到输入端610，分组开关规约使多节点630分享同样的数据频道以增强帧中继网络。该网络可用轮询的令牌总线及CSMA/CD寻址方法进行返回频道控制。
图8示出了典型的输入端612，专线606与磁带612相通。每个专线耦合到一个CSU/DSU(频道服务站/数据服务站)612，该CSU/DSU由一个适用于T1或小于T1指示线的接口，这些接口可以从摩托罗拉公司的通用数据系统(UDS)部得到。每个CSU/DUS通过一个诸如IEEE RS 449接口或V.35接口之类的双向接口616耦合到网络磁带614。该网络磁带614控制从专线接收的数据对诸如图3所示的选择的视频处理器200之一的分配，每个处理器200还从一个视频618接收基带视频信号。该视频处理器200的输出被送到射频视频调制器620以便在一个前向有线电视频道的同轴电缆608上传送，射频视频调制器620可从亚特兰大科学(Scientific Atlanta)获得。
磁带614生成的网络控制信息被送到前向控制频道调制器622以便在有线电视同轴电缆620上传送。有线电视计算机节点630在子频道上传送的信息由一个返回的频道解调器624解调然后再加到磁带614。
灵活的频率有线电视调制解调器可采用来自Tempe的EF数据和Scotlsdale的Fairchild数据以提供控制频道调制器622以及返回频道解调器624。
图10展示了磁带的细节。它包括系统控制器614a，返回通道控制器614b，以及多个智能数字I/O板614C，这些I/O板614C被一个IEEE VME后板耦合在一起。系统控制器614a包括一个中央处理机及一个包括控制在多个CSU/DSU的612和有线电视计算机节点630之间的数据调用的系统软件的硬盘。返回通道控制器(back channel controller)614b处理有线电视网上传输的判断并把有线电视计算机节点630接收的数据供给多个I/O板614c。返回通道控制器614b及系统控制器614a根据适当的规约在网络中一起处理设备故障以及数据负载条件。
每个I/O板614c最好包括一个控制器(未示出)。用于I/O板614c的控制器可以将数据分组并包括用于分组数据的误差校正码。该分组数据被供给选定的视频处理器200，在这种情况下，可以略去分组处理器200，进而，控制器可以把数据解分组并对通过视频站630而来的返回通道控制器614b接收的数据进行误差校正，类似地，I/O板614c耦合到CSU/DSU的612，其控制器可以根据专线606选定的通信的规约对数据进行分组。
图9是有线电视计算机站630的用户站设备(customer Premise equipment)的框图。一个图4所示类型的接收机处理器300，一个控制通道接收机632和一个返回通道调制器耦合到同轴电缆608。数据/视频解码器300接收在前向通道上传送并来自磁带的数据。控制通道接收机632及返回通道调制器634是输入端610的控制通道调制器622和返回通道解调器634的互补单元。该控制单元包括一个控制处理器300控制频道接收机632及返回频道调制器634的微处理器。控制单元响应接收机634接收的控制信号以及帧中继存取设备接口638产生的控制信号指示数据可供传送。响应于在控制通道和控制单元636上传送的控制命令，处理器300中的调谐器被调到适当的频道，该调谐依据控制通道上从磁带614传送的控制信息进行。此外，控制单元634提供从视频处理器300接收的数据并将该数据供给帧中继存取设备接口638。该帧中继存取设备接口638在数字I/O640处提供数据以致站630可耦合到一个计算机(未示出)或一个当地网络(未示出)或任何其他类型的数字设备。
由采用上述的信号处理器，合成的视频/数据信号可以由常规视频接收机解调和恢复而无需在电视屏幕上产生电视画面时导致可见干扰的传输的数据。传送的数据也易于分离。可以理解供给信号处理器的数据可与视频信号在许多方面不同，在光栅化处理之前，数据信号与视频信号的相关性较低，因为这两个信号可以完全不相关。因此，各种数据可被传送且可用于单向通信的系统中。但是，本发明的范围由权利要求限定。
权利要求
1.一种用于将数据信号加至光栅视频信号的处理器，该光栅视频信号具有色度和亮度部分以及扫描和消隐视频周期，该处理器的特征在于包括生成数据载波的信号发生器；响应于该数据载波提供调制数据载波的调制器；将调制的数据信号与扫描视频周期部分中的视频信号组合提供组合信号的合成器；以及控制该调制器使之在至少某些扫描视频周期的起始处提供数据载波脉冲的控制器。
2.如权利要求1所述的处理器，其中，该数据载波的频率为该数据载波的非整数倍增。
3.如权利要求1所述的处理器，其中，该视频信号的色度部分已经由色度载波的调制所生成，且其中的数据载波频率大于色度载波的频率。
4.如权利要求2所述的处理器，其中，在载波上的视频信号中的频率基本上被衰减了。
5.如权利要求1所述的处理器，其中，进而包括同步检测器，用于生成一个合成同步信号，该信号标志每个消隐及扫描视频周期;以及时钟发生器，用于提供相对于数据载波系统的时钟信号;以及其中，该控制器生成定时控制信号以控制该调制器的输出。
6.如权利要求5所述的处理器，其中的处理器还包括至少一个定时信号导致该调制器提供的数据载波脉冲。
7.将数据信号加至具有一个扫描视频部分及消隐周期，一个水平扫描频率和一个光度和色度光谱的视频信号，该色度光谱有一上边带和一下边带，该处理器包括视频处理器部分，该部分包括衰减该色度光谱上边带并输出部分衰减的视频信号的装置，该部分衰减的视频信号有消隐周期。载波发生器，用于产生其频率在上边带的载波;数据信号部分，该部分响应于数据信号以产生一个输出光栅数据信号，该输出光栅数据信号有一与视频处理器部分的消隐周期同步的扫描周期;调制器，用于调制载波和光栅数据信号，从而该调制器输出的谱带能量几乎全部位于衰减边带之内;以及求和器，用于将调制的载波以很低的速率加入部分衰减的视频信号中。
8.如权利要求7所述的处理器，其中的数据部分还包括将特定的相位同步器插入数据信号以用于该数据信号的特定部分。
9.如权利要求7所述的处理器，其中还包括限制数据信号带宽的装置。
10.如权利要求7所述的处理器，其中的载波发生器提供一个载波，该载波由扫描速度除4而获得。
11.如权利要求7所述的处理器，其中的视频部分还包括一个自动增益控制放大器以及一个响应视频信号提供一个与一预定标准基本相符的标准化视频信号的直流电平恢复电路，以及一个低通，均衡滤波器，用于衰减该信号的色度光谱的上边带中的频率。
12.一种用于隔离一个光栅调制数据信号的处理器，该数据信号包括一个加入一个视频信号的相位同步频标，该视频信号有一水平扫描率，该光栅数据信号位于该视频信号的频带部分中，该处理器的特征在于包括一个滤波器，用于衰减没有包含该数据信号的光谱部分;一个调相载波发生器，用于生成载波;一个解调器，它响应于该载波和滤波后的数据信号;检测装置，用于检测相位同步频标;以及响应检测到的频标改变载波发生器相位的装置。
13.如权利要求12所述的处理器，其中的载波发生器以扫描速率的四分之一非整数倍增产生一个载波。
14.如权利要求12所述的处理器，还包括第一调谐器，用提供具有消隐周期组成组合信号部分;检测器，用于生成一个信号以指示该消隐周期，其中用于检测相位频标的装置响应于该消隐周期信号，以及第二调谐器，用于把包含数据的光谱能量的组合信号部分提供给滤波器。
15.一种在视频网络中传送数据的方法，其特征在于包括将一个具有低信息内容的信号从第一地点在一个低带宽媒介中传送;在第二地点接收该信号并选择一个将被传送到第二地点的大容量信息;以高数据率提供该选择信息;以高数据率合成选择的信息和一个视频信号，该视频信号在视频网络中传送;以及在第一地点接收大容量传送的信息。
16.如权利要求15所述的方法，其中传输和接收大容量信息的步骤需要产生具有相位的载波;该方法还包括在大容量数据中加入一个相位同步标识;以及使接收机中的载波相位与传输机中载波的相位同步。
17.一种传输信息的方法，包括接收来自一个源的信息;以一个光栅化信号的扫描速率的四分之一非整数倍生成一个载波，该信号包括色度和光度信息的光谱能量;基于该信息调制该载波以致调制的载波的谱带能量与色度和光度信息是频率交错的;将调制的载波加入视频信号;以及通过一个电缆电视网络把加入的信号传送到一个包含视频信号的频道中。
18.如权利要求17所述的方法，还包括把一个相位同步标识加到调制载波中。
19.一种用于接收数据信息的方法，该数据信息由包括一个扫描周期的光栅信号的光度和色度信息合成，该数据信息由一发送器数据所调制，该方法包括以基本与发送器数据载波相同频率生成一个接收机载波;从该信号中解调该信息;在扫描视频行中确定标识信息;响应该相位标识改变载波的相位。
20.如权利要求19所述的方法，其中的数据信息包括高清晰度图象，且该方法还包括从数据信息中去除相位标识;以及在适当的介质上显示该图形信息。
21.一种和视频信号一起传送信号的方法，该视频信号有一确定的视频消隐周期，该数据和视频信号基本是不相关的，该方法包括检测该消隐周期的计时;将数据信号光栅化以便在该光栅数据信号中提供消隐周期，该数据消隐周期为一长于视频消隐周期的预定间隔;以及合成视频和光栅数据信号以便每个视频消隐周期基本与数据消隐周期同时开始。
22.如权利要求21所述的方法，还包括生成数据载波脉冲;在合成信号中包括数据载波脉冲。
23.如权利要求21所述的方法，还包括在扫描视频周期中插入一个预定顺序的1作为相位同步标识。
24.如权利要求21所述的方法，还包括把数据信号分为组，每组的起始和结束由一特定码所限定。
25.如权利要求21所述的方法，还包括在每个视频周期的起始处插入一个相位同步标识。
26.一种在有线电视网络上传送图象的方法，包括基于图象的数据表示调制一个数据载波;将调制的数据载波在视频信号的扫描视频周期中加入一个频道的视频信号中以形成一个合成信号;在有线网络上传送该合成信号;基于在视频信号中检测的扫描视频周期解调该数据载波;以及及在一显示设备上显示该图象。
27.如权利要求26所述的方法，其中的图象数据的分辨率大于每呎400点。
28.如权利要求27所述的方法，其中的图象尺寸大于5呎×5呎。
29.一种有线电视传真机，其特征在于包括扫描一个图象以获得该图象的高分辨率数字表示的装置;响应于该扫描装置根据数字表示调制一个数据载波的装置;以及将调制的数据载波加入视频信号的装置。
30.如权利要求29所述的传真机，其中的视频信号有一个残留色度上边带且该调制的数据载波的频率光谱基本位于该残留边带之中。
31.如权利要求29所述的传真机，其中的视频信号有一个水平扫描速率，且该调制装置包括数据载波发生器，用于按视频信号水平扫描速率的四分之一非整数倍生成一个数据载波，以及用于在视频信号的消隐周期内禁止数据载波的装置。
32.如权利要求31所述的传真机，还包括用于插入相位同步标识的装置。
33.一种在有线电视网上传送数据的方法，该电视网包括一介质，在多个前向信道播放多个视频信号的磁带，一个控制频道及至少一个子频道，该方法包括提供至少一个耦合到网络的数据接收机，并包括可控前向信道选择;把数据加到用于至少一个前向信道的视频信号以产生一个合成的数据/视频信号;在一个前向信道中超过介质传送该数据/视频信号;接收至少一个数据接收器传送的数据/视频信号并从视频信号中分离数据;在控制频道上传送控制信号以便由至少一个接收机控制前向信道的选择;以及在至少一个子频道上从接收机向磁带传送数据。
34.权利要求33的方法，其中的接收机包括可控子频道选择，该方法还包括在控制频道上传送信号以使至少一个接收机选择一个特定的子频道。
35.如权利要求34所述的方法，还包括在子频道上监测数据传送;以及根据监测控制子频道选择从而在子频道上最大限度地传送数据。
36.一种用于在包括传输介质的视频网络上传送数据的设备，该网络有多个前向频道，一个控制频道和一个子频道，该设备包括用于接收多个视频信号的装置;用于接收至少一个数据信号的装置;用于合成数据信号和一个选择的视频信号的装置;用于在选择的视频频道一使传送合成信号的装置;用于接收子频道上传送的数据的装置;用于监测子频道上数据信号传送的装置;用于根据监测结果在控制频道上传送控制信号的装置。
37.一种接收在有线电视网上传送数据的设备，该网络包括一种传输介质并有传送视频信号的前向频道，至少一个传送的视频信号包括数据，子频道和一个控制频道，该设备包括具有在前向频道之间进行选择的调谐器的视频接收机;响应于控制频道的控制频道接收机;可调谐子频道发送机，以及响应于控制频道上传送的控制信号的控制器，该控制器用于改变前向频道的选择以及子频道发送机的调谐。
38.如权利要求37所述的设备，还包括从视频信号中抽取数据的装置。
全文摘要
本发明展示了一种用于在视频带宽中进行透明的同时传送和接收数据的信号处理器。该处理器在发射机中以水平扫描速率将数据光栅化并以水平扫描速率的非整数倍增，由一数据载波调制该数据以获取频率交错。该数据在每个视频行的扫描视频周期内传送。
文档编号H04N7/10GK1109666SQ9410390
公开日1995年10月4日 申请日期1994年3月30日 优先权日1994年3月30日
发明者杰尔拉德·D·蒙哥马利, 杰伊·B·诺里什 申请人:维伍弗公司