專利名稱：非同步復(fù)合視頻信號和s視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法及解調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合視頻信號(composite)和S視頻信號(S-Video)的數(shù)字 解調(diào)方法及解調(diào)器，更具體地，涉及一種在非同步系統(tǒng)中完成解調(diào)過程，不 需要任何同步機(jī)制的復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法及解調(diào)器。
背景技術(shù)：
復(fù)合視頻信號和S視頻信號是當(dāng)今視頻信號種類中使用最為普遍的，同 時(shí)所涉及到的設(shè)備和成本都是最低的。雖然如今視頻系統(tǒng)已進(jìn)入高清時(shí)代， 但由于要完成高清信號的播放和接收需要更多的成本的支持，所以復(fù)合視頻 信號和s視頻信號依然被廣泛的使用。
復(fù)合視頻信號是由三個(gè)基本元素組成(亮度、色度和同步信號)的單個(gè)
視頻信號。s視頻信號則是由兩個(gè)元素組成， 一是亮度和同步信號捆在一起
的信號，二是色度信號。所以s視頻信號已經(jīng)是亮色分離的視頻信號了。
傳統(tǒng)的模擬視頻解調(diào)器中使用鎖相環(huán)(PLL)對視頻中的同步信號進(jìn)行鎖 定而產(chǎn)生所需要的采樣時(shí)鐘。如此的系統(tǒng)是屬于同步系統(tǒng)，因?yàn)椴蓸訒r(shí)鐘與 源同步信號鎖定。鎖相環(huán)不斷根據(jù)源同步信號進(jìn)行調(diào)整產(chǎn)生穩(wěn)定的采樣時(shí)鐘 供整個(gè)系統(tǒng)使用，反之若鎖相環(huán)的鎖定機(jī)制無法收斂則導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。
如今的數(shù)字視頻解調(diào)器中則是使用了數(shù)字技術(shù)代替模擬方式對復(fù)合視 頻信號進(jìn)行同步分離，然后把分離的同步信號送給鎖相環(huán)鎖定產(chǎn)生精確的采 樣時(shí)鐘。采樣后的數(shù)字復(fù)合信號再進(jìn)行亮色分離和色解調(diào)得到最終的分離成 分(YUV)。在這系統(tǒng)中依然脫離不了對于鎖相環(huán)的依賴，實(shí)現(xiàn)的難度依然 很高，成本也無法降低。因此有必要設(shè)計(jì)一種純數(shù)字系統(tǒng)方式的視頻解調(diào)器 來解調(diào)復(fù)合視頻信號和S視頻信號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種非同步復(fù)合視頻信號和s視頻信號的數(shù)字解調(diào)
方法及解調(diào)器，以克服目前的解調(diào)方法依賴于鎖相環(huán)，從而導(dǎo)致解調(diào)難度大、 解調(diào)成本高的技術(shù)問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下..
一種非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，包括如下步驟: 設(shè)定一個(gè)固定的采樣時(shí)鐘采集數(shù)據(jù)并供整個(gè)解調(diào)過程使用；將復(fù)合視頻信號 或S視頻信號轉(zhuǎn)換成初始數(shù)字信號；對所述初始數(shù)字信號中的場同步、行同 步信號進(jìn)行還原，對該初始數(shù)字信號中的場頻、行頻進(jìn)行計(jì)算并鎖定，得到 最終行同步信號和最終場同步信號以及行同步相位；對該初始數(shù)字信號中的 色度進(jìn)行解調(diào)；對所述行同步相位通過插值法進(jìn)行二次采樣；相位調(diào)整；和 亮色分離及亮度、對比度、飽和度調(diào)整。 一
相應(yīng)地， 一種非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，包括 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，接收復(fù)合視頻信號或S視頻信號并將該復(fù)合視頻信號或S視 頻信號轉(zhuǎn)換成初始數(shù)字信號；同步信號分離單元，接收所述初始數(shù)字信號， 對該初始數(shù)字信號中的場同步、行同步信號進(jìn)行還原，對該初始數(shù)字信號中 的場頻、行頻進(jìn)行計(jì)算，得到行同步相位、行同步信號和場同步信號；色分 量解調(diào)單元，接收所述初始數(shù)字信號，對該初始數(shù)字信號中的色度進(jìn)行解調(diào)； 相位調(diào)整單元，接收同步信號分離單元提供的行相位數(shù)據(jù)并對此通過插值法 進(jìn)行二次采樣；以及連于所述相位調(diào)整單元之后的亮色分離單元和連于所述 亮色分離單元之后的亮度、對比度、飽和度調(diào)整單元。
通過本發(fā)明可以解除視頻解調(diào)器中對于模擬鎖相環(huán)的依賴。鎖相環(huán)是 數(shù)字視頻解調(diào)器中唯一脫離不了模擬的重要核心。如此在數(shù)字視頻解調(diào)器的 集成電路實(shí)現(xiàn)不僅是降低集成電路的面積(成本)，復(fù)雜度(時(shí)間)，同時(shí) 一樣可以達(dá)到使用鎖相環(huán)所帶來的效果。


圖1為本發(fā)明的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)模塊圖； 圖2顯示了數(shù)字的系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信號分離和時(shí)鐘同步對應(yīng)； 圖3顯示了同步分離單元的模塊框圖； 圖4顯示了無限濾波器和有限濾波器的結(jié)果； 圖5為圖3中的行同步分離單元中粗略分離的模塊框圖； 圖6為圖3中的行同步分離單元中相位計(jì)算的模塊框圖； 圖7顯示了用線性回歸法精確地計(jì)算出過零點(diǎn)的位置； 圖8顯示了在真實(shí)系統(tǒng)中由于信號中噪聲影響，相位值依然是呈遞增現(xiàn) 在，但并不是完美線性；圖9為圖3中的行同步信號鎖定單元的模塊框圖； 圖10為圖3中的場同步分離單元的模塊框圖11顯示了最小值發(fā)生于垂直同步脈沖間隔，在同一場視頻信號里將 不會有其他位置出現(xiàn)最小值；
圖12為圖3中的場同步信號鎖定單元的模塊框圖； 圖13為圖3中的嵌位信號產(chǎn)生單元的模塊框圖r為傳統(tǒng)的數(shù)字解調(diào)器的調(diào)解模塊圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)圖1至圖12，給出本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并予以詳細(xì)描述，使 能更好地理解本發(fā)明的功能、特點(diǎn)。
圖1為一純數(shù)字?jǐn)?shù)字視頻解調(diào)器的方塊圖，包含了同步信號分離模塊， 色分量解調(diào)模塊，二維梳狀濾波器一亮色分離模塊和亮度、對比度、飽和度 調(diào)整模塊。同步信號分離模塊是從復(fù)合視頻或S視頻-亮度信號中將行同步 信號和場同步信號還原。色分量解調(diào)是用判斷當(dāng)前的視頻信號的制式，并使 用該制式對應(yīng)的載波信號進(jìn)行彩色解調(diào)得到色分量信號(UV)。 二維梳狀濾 波器—亮色分離模塊也根據(jù)視頻信號的制式使用對應(yīng)的復(fù)合視頻信號內(nèi)容進(jìn) 行濾波還原亮度信號(Y)。亮度、對比度、飽和度調(diào)整模塊是對還原的分 量信號(YUV)進(jìn)行處理以便在視覺上達(dá)到最佳效果。
傳統(tǒng)的數(shù)字解調(diào)器是依靠著鎖相環(huán)對分離出的行同步信號進(jìn)行鎖定而
得出精確的采樣時(shí)鐘供給整個(gè)系統(tǒng)使用，如圖r所示。與此相反的，本發(fā)
明是先有一個(gè)固定的采樣時(shí)鐘供給采樣時(shí)鐘域里的各個(gè)模塊使用。固定的采 樣時(shí)鐘可以從外部器件提供，比如晶震。對于采樣時(shí)鐘的要求是時(shí)鐘的頻率 必須要高于標(biāo)準(zhǔn)的視頻采樣頻率，如此才能提升信號的信噪比，使同步分離 模塊的計(jì)算誤差大大的降低。
模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器根據(jù)采樣時(shí)鐘采得的數(shù)據(jù)(復(fù)合視頻信號或s視頻的
亮度信號)送給同步信號分離模塊進(jìn)行場同步、行同步信號的還原，場頻、
行頻的計(jì)算。如圖2所示，由于在數(shù)字的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信號分離的和時(shí)鐘同 步對應(yīng)，而不像在模擬系統(tǒng)中，信號是連續(xù)的。因此在數(shù)字中還原的行同步 信號的精度只能達(dá)到一個(gè)時(shí)鐘周期精度，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的。為了解決這個(gè)問 題，還需要一個(gè)精確的相位計(jì)算單元。這里的相位是指精確到一個(gè)時(shí)鐘單位內(nèi)的行同步起始發(fā)生的位置。雖然還原的行同步的精度只能到達(dá)一個(gè)時(shí)鐘周 期，但透過對采樣數(shù)據(jù)的重新插值的相對方式便解決了數(shù)字同步分離方式的 精度不如模擬同步分離的問題。
一個(gè)非同步復(fù)合視頻解調(diào)系統(tǒng)中需要兩個(gè)必備的單元，即同步分離單元 和采樣信號相位調(diào)整單元，如圖1所示。同步分離單元位于整個(gè)系統(tǒng)的最前 端，同時(shí)是獨(dú)立于其他單元而工作。采樣信號相位調(diào)整單元則處于亮色分離 單元之前，同時(shí)是依賴于同步分離單元所提供的訊息來完成。圖l中，色分 量解調(diào)單元發(fā)生于系統(tǒng)前端，與同步分離單元并行位置，故分離后的色分量
信號同樣也需要經(jīng)過相位調(diào)整單元然后進(jìn)入亮色分離單元。這是因?yàn)樵诹辽?分離單元中要求輸入的信號都必須對齊才能正常工作。另外，也有復(fù)合視頻 解調(diào)系統(tǒng)中色分量解調(diào)單元發(fā)生在亮色分離單元之后，則只需要對復(fù)合視頻 信號進(jìn)行相位調(diào)整，對于發(fā)生在亮色分離單元之后的色分量解調(diào)單元己不需 要再經(jīng)過色分量的相位調(diào)整單元，因?yàn)閺牧辽蛛x出的色分量信號是由對齊 過的復(fù)合視頻信號得到。
同步分離單元如圖3所示，含三個(gè)功能單元組成，即行同步信號還原單 元，場同步信號還原單元及嵌位信號產(chǎn)生單元。嵌位信號是供給模擬-數(shù)字轉(zhuǎn) 換器使用，作為模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)模擬信號的參考電位，以此電位定義為數(shù) 字的幅值零，其他電位則參考于嵌位電位產(chǎn)生出對應(yīng)的數(shù)字幅值。在同步分 離單元中，行同步信號還原單元是最先發(fā)生和最重要的，雖然場同步分離單 元也是并行進(jìn)行，但場同步信號分離單元還依賴于行同步信號分離單元來完 成。同時(shí)嵌位信號產(chǎn)生單元也依靠行同步信號分離單元來完成。
在行同步信號分離單元中首先復(fù)合視頻信號由濾波1單元把復(fù)合視頻信 號中的噪聲消除。噪聲可能由于信號在傳輸過程中引入，或受周邊的其他信 號源的干擾，或視頻解調(diào)系統(tǒng)的地線信號不妥當(dāng)處理引入。噪聲的幅度小則 影響行同步相位的計(jì)算，大則影響行同步頻率的穩(wěn)定。復(fù)合視頻信號中行同
步信號的頻率范圍在14-16KHz，所以濾波1單元在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能把帶寬設(shè)于 16KHz或更大的頻率。濾波1單元可選擇單位響應(yīng)為無限脈沖的濾波器(IIR) 或單位響應(yīng)為有限脈沖濾波器(FIR)，由圖4示出兩個(gè)濾波器的結(jié)果。單位 響應(yīng)為有限脈沖濾波器的好處是其響應(yīng)是線性的，對行同步信號要求精準(zhǔn)相 位更加適合但所占用資源多。單位響應(yīng)為無限脈沖的濾波器則相反，但對于 高噪聲的復(fù)合視頻信號，其效果要優(yōu)于前者。因此這里提倡將兩種濾波器合并使用，根據(jù)信號的信噪比來決定濾波結(jié)果，如公式l所描述。
公式1中，CvbSfw為復(fù)合視頻信號經(jīng)過單位響應(yīng)為有限脈沖濾波器濾波 后的視頻信號，在圖4中為菱形標(biāo)志的信號；CVbSi^為復(fù)合視頻信號經(jīng)過單 位響應(yīng)為無限脈沖濾波器濾波后的視頻信號，在圖4中為圓形標(biāo)志的信號；
SNR是視頻信號中的噪聲情況，由行同步分離單元中的噪聲估計(jì)單元提
供，如圖9所示；CVbS。ut為兩種濾波器按噪聲情況做混合后的視頻信號。經(jīng)
過濾波1單元后可把大部分的噪聲給消除。
在行同步分離單元中的首要工作是粗略地把行同步信號從濾波后的視頻 信號中分離出來。所謂粗略的分離是指得到行同步信號的每個(gè)周期偏差略 大，這個(gè)步驟主要是為了先定位出行同步頭的位置，供給接下來的單元參 考。利用從濾波l后的視頻信號中尋找最小值，最小值出現(xiàn)于行同步位置的
末端。圖4所示的兩種濾波器后的視頻信號的最小值出現(xiàn)的位置接近都是在
行同步信號的上升邊緣區(qū)域，所以兩個(gè)濾波1單元后的視頻信號的最小值也 是在此位置。復(fù)合視頻信號的最小值再加上一偏差值做為行同步分離的比較 門限，當(dāng)復(fù)合視頻信號值小于比較門限時(shí)認(rèn)為是處于行同步區(qū)，反之則認(rèn)為
是處于行同步區(qū)之外，如公式2所描述。在公式2中，cvbs為經(jīng)過濾波l后 的視頻信號；minimum為濾波1視頻信號在行同步區(qū)的最小值；offset為最 小值調(diào)整的偏差；hsync為粗略的行同步信號。
由于噪聲或者視頻信號的內(nèi)容，得到的最小值會有上下起伏。因此公式
2中比較得到的行同步信號起始位置有所偏差，同時(shí)即可能得到假的同步信 號(稱為毛刺)，利用窗口單元來過濾這些毛刺。窗口寬度大約略小于半個(gè) 行同步周期長度，在一窗口內(nèi)間若出現(xiàn)超過一次的行同步則放棄其后出現(xiàn)的 行同步。經(jīng)過窗口單元后的為粗略的行同步信號，流程如圖5所示。粗略的 行同步信號必須滿足視頻信號行同步的頻率范圍，否則將視違反頻率范圍的 行同步為無效。
公式3描述了窗口單元的判斷條件，hsynCstatus為粗略行同步狀態(tài)，有真(true)偽(false)兩種狀態(tài)；hSyncstatus第一個(gè)成立的條件是粗略行同步信號的 周期在標(biāo)準(zhǔn)半行同步周期(half hs period)的偏差(offsetl)區(qū)域內(nèi)，這中情形發(fā) 生在場同步信號位置，這里將出現(xiàn)半行同步周期的信號，如圖10所示； hsyncstatus第二個(gè)成立的條件是粗略行同步信號的周期在標(biāo)準(zhǔn)行同步周期(hs period)的偏差(offset2)區(qū)域內(nèi)；對其他的粗略行同步周期則都視為偽行同步 信號而排除之。
<formula>formula see original document page 13</formula>-(3)
有了粗略的行同步信號后，下一步是進(jìn)行相位計(jì)算。如圖6描述，行同 步的相位在數(shù)字的視頻解調(diào)系統(tǒng)就是行同步信號精確到一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的位 置(圖2)。根據(jù)粗略的行同步信號，對行同步信號的下降緣進(jìn)行二階導(dǎo)。 一個(gè)下降邊緣的二階導(dǎo)的結(jié)果是下降緣的開始，其二階導(dǎo)值從零值遞減，到 達(dá)最小值后開始遞增，從負(fù)值往正值增加，并到達(dá)最大值，再逐漸回到零 值。二階導(dǎo)數(shù)的過零點(diǎn)位置即行同步信號的下降緣的中心位置，由線性回歸 法可以精確地計(jì)算出過零點(diǎn)的位置，如圖7所示。線性回歸法由公式4所 示，其中b是水平軸長度值減一即所需要的點(diǎn)數(shù)減一，點(diǎn)數(shù)越多得到的結(jié) 果越精準(zhǔn)， 一般b是定為6; Xk是水平點(diǎn)數(shù)的座標(biāo)；Yk是水平座標(biāo)對應(yīng) 的復(fù)合信號幅度；Xzero是過零點(diǎn)位置(或行同步相位)。
<formula>formula see original document page 13</formula>-(4)
由每個(gè)下降緣計(jì)算得到的相位值在理想情況下呈循環(huán)地線性遞增現(xiàn)象， 這是由于采樣時(shí)鐘與信號源是非同步關(guān)系，導(dǎo)致相位積累的效果。但在真實(shí) 系統(tǒng)中由于信號中噪聲影響，相位值依然是呈遞增現(xiàn)在，但并不是完美線
性，如圖8所示。因此需要一個(gè)平滑單元來處理突變的相位，平滑單元具有 對相位平均的效果，因此當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)突變的相位時(shí)，可以抵消掉大部分的突 變能量。行同步信號鎖定單元如圖9所示。在行同步分離單元完成后，行鎖定單元對粗略的行同步信號進(jìn)行長時(shí)間統(tǒng)計(jì)以得出一穩(wěn)定的周期，根據(jù)穩(wěn)定的周期重新產(chǎn)生一新的行同步信號。新的行同步信號對粗略的行同步信號進(jìn)行跟蹤。這是為了在出現(xiàn)行同步丟失時(shí)，仍然保持有行同步信號輸出，使系統(tǒng)不受影響。最后一個(gè)步驟是根據(jù)行同步相位對新的行同步信號的周期重新調(diào)整。行同步相位的實(shí)際物理意義是在行同步頭在該采樣時(shí)鐘里的位置，如圖2所示。由于時(shí)鐘的誤差積累，每個(gè)行同步的相位逐步增加，即在采樣時(shí)鐘
里的位置是逐漸從左邊靠近右邊，最終就會超過采樣時(shí)鐘n到采樣時(shí)鐘n+l，這就是"發(fā)生行同步相位超過一個(gè)采樣"，這現(xiàn)象一直循環(huán)發(fā)生。由前面提到行同步相位是呈循環(huán)遞增改變，每當(dāng)發(fā)生行同步相位超過一個(gè)釆樣點(diǎn)時(shí)，也可理解為當(dāng)行相位發(fā)生循環(huán)時(shí)，即對應(yīng)的行同步信號的周期也需要多增加一個(gè)點(diǎn)以保證相位與行同步信號一致，如圖8中所示。到此行同步信號分離功能便算完成。
場同步信號分離單元是由濾波2單元，場同步信號分離單元，場同步信號鎖定單元所組成，如圖3所示。
場同步信號是由三個(gè)部分組成，先出現(xiàn)預(yù)均衡脈沖間隔，接著是垂直同步脈沖間隔，最后是后均衡脈沖間隔。這些脈沖間隔的周期只有正常行同步的一半，且在垂直同步脈沖間隔區(qū)間是極性相反，如圖11所示。對于標(biāo)準(zhǔn)的NTSC和PAL彩色電視系統(tǒng)，這三個(gè)區(qū)域的脈沖間隔數(shù)是固定的。NTSC彩色電視系統(tǒng)是6個(gè)預(yù)均衡脈沖，6個(gè)垂直同步脈沖，6個(gè)后均衡脈沖；PAL彩色電視系統(tǒng)是5個(gè)預(yù)均衡脈沖，5個(gè)垂直同步脈沖，5個(gè)后均衡脈沖。但實(shí)際在各地的電視廣播基地所產(chǎn)生的視頻信號，其脈沖間隔數(shù)并不一致，同時(shí)其周期也可能出現(xiàn)與行同步相同的情況。場同步信號的起始是垂直同步脈沖的下降緣位置，當(dāng)其位置對應(yīng)于行同步信號時(shí)稱為奇場，當(dāng)其位置對應(yīng)于兩個(gè)行同步信號的中間時(shí)稱為偶場。
由于場同步信號的頻率是50Hz或60Hz，為一極低頻的信號成分，在場
同步信號分離系統(tǒng)中，為了要把大部分的不必要復(fù)合視頻信號成分過濾，濾波2單元的設(shè)計(jì)更偏向于使用無限脈沖的濾波器，由公式5所示。公式5中xn為濾波器的輸入；yn-,為濾波器輸出的前一個(gè)值；yn為濾波器輸出的當(dāng)前值。公式5中的無限脈沖濾波器的系數(shù)為1/128，這個(gè)值可以由實(shí)際調(diào)試后改變。使用了無限脈沖的濾波器，可以大大節(jié)省硬件資源。由于視頻解調(diào)系統(tǒng)中對場同步信號沒有精確相位的要求，因此雖然無限脈沖濾波器的相位是非線性，對于場分離單元沒有影響。另外，雖然濾波2的延遲比較大，但場信號的延遲并不影響整個(gè)視頻解調(diào)系統(tǒng)的工作，只要在場鎖定單元中將場同步信號與行同步信號進(jìn)行同步即可。經(jīng)過濾波2的復(fù)合視頻信號，其場同
步信號區(qū)間變得更加明顯，這對于之后的場同步信號分離更加有優(yōu)勢。
^i^"一，丄、"128 " 1128 - (5)
場同步分離單元如圖10所示，先尋找最小值，接著是消隱電平的測量，然后制定分離門限。在場同步分離單元中首先對濾波2的復(fù)合視頻信號進(jìn)行最小值的搜索。最小值發(fā)生于垂直同步脈沖間隔，在同一場視頻信號里將不會有其他位置出現(xiàn)最小值，如圖11示。根據(jù)最小值的位置，接著對消隱電平進(jìn)行測量。同時(shí)根據(jù)雙門限原理，只要合理設(shè)定進(jìn)入和離開門限，可以在垂直脈沖間隔產(chǎn)生一粗略的場同步信號，如公式6所示。公式6中的y。即濾波2后的復(fù)合視頻信號；thredj為場信號進(jìn)入門限；thred。為場信號離開門限；vsync是分離后的場信號。
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進(jìn)入門限和離開門限之間的距離必須滿足一合理長度，否則被分離出的場信號將視為無效。這個(gè)長度值一般是定位半個(gè)行周期長度，在正常情況下進(jìn)入門限和離開門限是兩倍到三倍的半行周期。進(jìn)入門限和離開門限是屬于自適應(yīng)調(diào)整，因?yàn)楦鞣N不同的視頻信號發(fā)射源的消隱電平都不相同，無法利用一固定值達(dá)到理想效果。自適應(yīng)的進(jìn)入門限和離開門限是依據(jù)最小值和消
隱電平而得到，如公式7所示。公式7中ki和k。為調(diào)整系數(shù)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步調(diào)整；min為檢測得到的最小值；blank為消隱電平，在系統(tǒng)的初始狀態(tài)中設(shè)為一理想值，之后由實(shí)際測量的到；thredi為場信號進(jìn)入門限；thred。為場信號離開門限。
f/7red尸附A:,x Z /"wA -(7)
圖12是場同步、"/""信號鎖定單元的方塊圖。場同步信號首先是進(jìn)行周期統(tǒng)計(jì)以得到一穩(wěn)定的場周期值，利用周期值重新產(chǎn)生場同步信號。新的場同步信號跟蹤粗略的場同步信號，當(dāng)檢測出粗略的場同步信號是處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，新的場同步信號與粗略的場同步信號保持同步。當(dāng)粗略場同步信號發(fā)生突變時(shí)，新的場同步信號將維持其周期不變直到下一次穩(wěn)定的粗略場同步信號得到檢測。
場同步信號鎖定單元中利用鎖定的行同步信號作為參考進(jìn)行同步。在標(biāo)
準(zhǔn)的視頻信號中，NTSC電視系統(tǒng)每一場有262.5行，PAL電視系統(tǒng)每一場有312.5行。因此，場同步信號每隔一場將出現(xiàn)在兩個(gè)行行同步信號的中間位置(偶場)，另一場的場同步信號則是在行同步信號位置(奇場)。根據(jù)粗略場同步信號對應(yīng)到行同步信號，如果粗略的場同步信號位于行同步信號的前半行區(qū)域，則重造出的鎖定場同步信號是對應(yīng)于行同步信號位置，并延遲一個(gè)行同步周期；如果粗略的場同步信號位于行同步信號的后半行區(qū)域，則重造出的鎖定場同步信號是對應(yīng)于兩個(gè)行同步信號的中間，并延遲一個(gè)行同步周期。這個(gè)延遲是由于濾波2單元的延遲所引起。因此，重新產(chǎn)生的場鎖定信號相較于輸入的復(fù)合視頻信號要晚一個(gè)行同步周期。到此場同步信號分離功能便算完成。
嵌位信號產(chǎn)生單元是依據(jù)行同步信號和行同步分離單元的最小值來完成，如圖13所示。由行同步信號做為參考開出一窗口區(qū)域進(jìn)行復(fù)合視頻信號與一門限值比較，其中門限值是由行同步分里單元的最小值加上一偏差組成。對于復(fù)合視頻小于門限值的區(qū)域被認(rèn)為是嵌位信號的安全區(qū)域，在安全區(qū)域內(nèi)的復(fù)合視頻信號都處于最低電平位置，是合理的嵌位位置。最后在安去區(qū)域內(nèi)再進(jìn)行嵌位信號的位置調(diào)整和長度調(diào)整。
相位調(diào)整單元是根據(jù)行同步分離單元提供的行相位對復(fù)合視頻信號進(jìn)行二次采樣。二次采樣的方法眾多，最簡單有2點(diǎn)線性(linear)插值法，高級的方法有拉格朗日(Lagrange)插值法和牛頓(Newton)插值法。2點(diǎn)線性插值法最容易實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜度低，但其計(jì)算結(jié)果的誤差在三種方法中也是最大。拉格朗日插值法和牛頓插值法可選擇其算法的階數(shù)，隨著階數(shù)越高，計(jì)算結(jié)果越準(zhǔn)確，但代價(jià)是所需要的點(diǎn)數(shù)更多，實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度也大大增加。若把拉格朗日插值法和牛頓插值法的階數(shù)降為二階，則與線性插值法相同。
以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實(shí)施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，包括如下步驟設(shè)定一個(gè)固定的采樣時(shí)鐘采集數(shù)據(jù)并供整個(gè)解調(diào)過程使用；將復(fù)合視頻信號或S視頻信號轉(zhuǎn)換成初始數(shù)字信號；對所述初始數(shù)字信號中的場同步、行同步信號進(jìn)行還原，對該初始數(shù)字信號中的場頻、行頻進(jìn)行計(jì)算并鎖定，得到最終行同步信號和最終場同步信號以及行同步相位；對該初始數(shù)字信號中的色度進(jìn)行解調(diào)；對所述行同步相位通過插值法進(jìn)行二次采樣；相位調(diào)整；和亮色分離及亮度、對比度、飽和度調(diào)整。
2、 如權(quán)利要求1所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，所述采樣時(shí)鐘由外部晶震提供。
3、 如權(quán)利要求1所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，所述采樣時(shí)鐘的頻率高于標(biāo)準(zhǔn)的視頻采樣頻率。
4、 如權(quán)利要求1所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，所述行同步相位是指精確到一個(gè)時(shí)鐘單位內(nèi)的行同步起始發(fā)生的位置。
5、 如權(quán)利要求1所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，所述對初始數(shù)字信號中的行同步信號進(jìn)行還原的步驟包括采用濾波的方式消除復(fù)合視頻信號中的噪聲；從濾波后的視頻信號中尋找復(fù)合視頻信號的最小值，該最小值出現(xiàn)于行同步位置的末端；復(fù)合視頻信號的最小值加上一偏差值做為行同步分離的比較門限，當(dāng)復(fù)合視頻信號值小于比較門限時(shí)認(rèn)為是處于行同步區(qū)，反之則認(rèn)為是處于行同步區(qū)之外；利用窗口單元排除偽行同步信號，當(dāng)經(jīng)過門限比較的行同步信號的周期在標(biāo)準(zhǔn)半行同步周期的偏差區(qū)域內(nèi)，或者經(jīng)過門限比較的行同步信號的周期在標(biāo)準(zhǔn)行同步周期的偏差區(qū)域內(nèi)，作為粗略的行同步信號輸出。
6、 如權(quán)利要求5所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，所述濾波根據(jù)如下公式進(jìn)行其中cvbsfif為復(fù)合視頻信號經(jīng)過單位響應(yīng)為有限脈沖濾波器濾波后的視頻信號；cvbs^為復(fù)合視頻信號經(jīng)過單位響應(yīng)為無限脈沖濾波器濾波后的視頻信號；SNR是視頻信號中的噪聲情況；CVbS。ut為兩種濾波器按噪聲情況做混合后的視頻信號。
7、 如權(quán)利要求6所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，所述行同步相位通過如下方式得到根據(jù)粗略的行同步信號，對行同步信號的下降緣進(jìn)行二階求導(dǎo)；根據(jù)如下公式計(jì)算出二階導(dǎo)數(shù)的行同步相位<formula>formula see original document page 3</formula>其中b是水平軸長度值減一即所需要的點(diǎn)數(shù)減一，點(diǎn)數(shù)越多得到的結(jié)果越精準(zhǔn)；Xk是水平點(diǎn)數(shù)的座標(biāo)；Yk是水平座標(biāo)對應(yīng)的復(fù)合信號幅度；xzero是行同步相位。
8、 如權(quán)利要求7所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，所述b是6。
9、 如權(quán)利要求8所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，行同步信號通過如下方式鎖定對粗略的行同步信號進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以得出 一穩(wěn)定的周期；根據(jù)穩(wěn)定的周期重新產(chǎn)生一新的行同步信號；根據(jù)行同步相位對新的行同步信號的周期重新調(diào)整。
10、 如權(quán)利要求9所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，每當(dāng)發(fā)生行同步相位超過一個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)，對應(yīng)的行同步信號的周期也需要多增加一個(gè)點(diǎn)以保證相位與行同步信號一致。
11、 如權(quán)利要求1所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，所述對初始數(shù)字信號中的場同步信號進(jìn)行還原的步驟包括采用單位響應(yīng)為無限脈沖的濾波器消除復(fù)合視頻信號中的噪聲；從濾波后的視頻信號中尋找復(fù)合視頻信號的最小值，該最小值出現(xiàn)于發(fā)生于垂直同步脈沖間隔處；根據(jù)最小值的位置，接著對消隱電平進(jìn)行測量；根據(jù)雙門限原理，設(shè)定進(jìn)入和離開門限，在垂直脈沖間隔處產(chǎn)生一粗略的場同步信號。
12、 如權(quán)利要求11所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，所述進(jìn)入門限和離開門限是依據(jù)如下公式得到Mre《=附zw 、x其中ki和k。為調(diào)整系數(shù)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步調(diào)整；min為檢測得到的最小值；blank為消隱電平，在系統(tǒng)的初始狀態(tài)中設(shè)為一理想值，之后由實(shí)際測量的到；thredj為場信號進(jìn)入門限；thred。為場信號離開門限。
13、 如權(quán)利要求12所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，場同步信號通過如下方式鎖定對粗略的場同步信號進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以得出 一穩(wěn)定的周期；根據(jù)穩(wěn)定的周期重新產(chǎn)生一新的場同步信號；新的場同步信號跟蹤粗略的場同步信號，當(dāng)檢測出粗略的場同步信號是處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，新的場同步信號與粗略的場同步信號保持同步。當(dāng)粗略場同步信號發(fā)生突變時(shí)，新的場同步信號將維持其周期不變直到下一次穩(wěn)定的粗略場同步信號得到檢測。
14、 如權(quán)利要求13所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，場同步信號鎖定過程中利用鎖定的行同步信號作為參考進(jìn)行同步。
15、 如權(quán)利要求1所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法，其特征在于，所述相位調(diào)整采用2點(diǎn)線性插值法或拉格朗日插值法或牛頓插值法。
16、 一種非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，接收復(fù)合視頻信號或S視頻信號并將該復(fù)合視頻信號或S視頻信號轉(zhuǎn)換成初始數(shù)字信號；同步信號分離單元，接收所述初始數(shù)字信號，對該初始數(shù)字信號中的場同步、行同步信號進(jìn)行還原，對該初始數(shù)字信號中的場頻、行頻進(jìn)行計(jì)算，得到行同步相位、行同步信號和場同步信號；色分量解調(diào)單元，接收所述初始數(shù)字信號，對該初始數(shù)字信號中的色度進(jìn)行解調(diào)；相位調(diào)整單元，接收同歩信號分離單元提供的行相位數(shù)據(jù)并對此通過插值法進(jìn)行二次采樣；以及連于所述相位調(diào)整單元之后的亮色分離單元和連于所述亮色分離單元之后的亮度、對比度、飽和度調(diào)整單元。
17、 如權(quán)利要求16所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述同步信號分離單元包括行同步信號分離子單元、場同步信號分離子單元和嵌位信號產(chǎn)生子單元；行同步信號分離子單元包括依次相連的第一濾波模塊、行同步分離模塊和行鎖定模塊；場同步信號分離子單元包括依次相連的第二濾波模塊、場同步分離模塊和場鎖定模塊；所述嵌位信號產(chǎn)生子單元的輸入端與第一濾波模塊、行同步分離模塊的輸出端相連，所述場鎖定模塊的輸入端與行鎖定模塊的輸出端相連。
18、 如權(quán)利要求17所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述第一濾波模塊的頻率大于等于所述復(fù)合視頻信號中行同步信號的頻率。
19、 如權(quán)利要求17所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述第一濾波模塊是單位響應(yīng)為無限脈沖濾波器。
20、 如權(quán)利要求17所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述第一濾波模塊是單位響應(yīng)為有限脈沖濾波器。
21、 如權(quán)利要求17所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述第一濾波模塊符合如下算法<formula>formula see original document page 5</formula>其中CvbSfw為復(fù)合視頻信號經(jīng)過單位響應(yīng)為有限脈沖濾波器濾波后的視頻信號；cvbs^為復(fù)合視頻信號經(jīng)過單位響應(yīng)為無限脈沖濾波器濾波后的視頻信號；SNR是視頻信號中的噪聲情況，由行同步分離單元中的噪聲估計(jì)單元提供；cvbs。ut為兩種濾波器按噪聲情況做混合后的視頻信號。
22、 如權(quán)利要求17所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述行同步分離模塊包括依次相連的最小值采集模塊、門限比較模塊，以及一個(gè)相位計(jì)算模塊；所述最小值采集模塊接收來自第一濾波模塊的復(fù)合視頻信號，門限比較模塊中設(shè)定的門限值為所述最小值與一偏差值的和。
23、 如權(quán)利要求22所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述行同步分離模塊還包括一連接在所述門限比較模塊之后的窗口模塊，該窗口模塊的窗口寬度小于半個(gè)行同步周期長度。
24、 如權(quán)利要求23所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述相位計(jì)算模塊包括依次相連的二階求導(dǎo)模塊、線性回歸計(jì)算模塊和數(shù)據(jù)平滑模塊，所述二階求導(dǎo)模塊接收來自第一濾波模塊的視頻信號，所述線性回歸計(jì)算模塊接收來自窗口模塊的粗略的行同步信號。
25、 如權(quán)利要求23所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述行鎖定模塊包括周期統(tǒng)計(jì)模塊、重造行同步模塊、跟蹤模塊、周期處理模塊；所述周期統(tǒng)計(jì)模塊接收來自窗口模塊的粗略的行同步信號，得出一穩(wěn)定的周期；所述重造行同步模塊根據(jù)所述穩(wěn)定的周期重新產(chǎn)生一新的行同步信號，跟蹤模塊接收所述新的行同步信號和來自窗口模塊的粗略的行同步信號，用新的行同步信號對粗略的行同步信號進(jìn)行跟蹤，所述周期處理模塊根據(jù)行同步相位對新的行同步信號的周期重新調(diào)整，發(fā)送一鎖定的行同步信號。
26、 如權(quán)利要求25所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述重新調(diào)整采用如下方式每當(dāng)發(fā)生行同步相位超過一個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)，對應(yīng)的行同步信號的周期多增加一個(gè)點(diǎn)以保證相位與行同步信號一致。
27、 如權(quán)利要求17所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述第二濾波模塊是單位響應(yīng)為無限脈沖的濾波器。
28、 如權(quán)利要求26所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述場同步分離模塊包括依次相連的最小值采集模塊、消隱區(qū)電平模塊和分離門限模塊；所述最小值采集模塊接收來自第二濾波模塊的復(fù)合視頻信號；所述消隱區(qū)電平模塊根據(jù)最小值的位置，對消隱電平進(jìn)行測量；所述分離門限模塊設(shè)定進(jìn)入門限和離開門限，根據(jù)公式在垂直脈沖間隔產(chǎn)生一粗略的場同步信號；其中yn即第二濾波單元后的復(fù)合視頻信號；thredj為場信號進(jìn)入門限；thred。為場信號離開門限；vsync是分離后的場信號。
29、 如權(quán)利要求28所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述進(jìn)入門限和離開門限是依據(jù)如下公式得到<formula>formula see original document page 7</formula>其中ki和k。為調(diào)整系數(shù)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步調(diào)整；min為檢測得到的最小值；blank為消隱電平，在系統(tǒng)的初始狀態(tài)中設(shè)為一理想值，之后由實(shí)際測量的到；thredi為場信號進(jìn)入門限；thred。為場信號離開門限。
30、 如權(quán)利要求29所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述場鎖定模塊包括第二周期統(tǒng)計(jì)模塊、重造場同步模塊、第二跟蹤模塊、第二周期處理模塊；所述第二周期統(tǒng)計(jì)模塊接收來自分離門限模塊的粗略的場同步信號，得出一穩(wěn)定的周期；所述重造場同步模塊根據(jù)所述穩(wěn)定的周期重新產(chǎn)生一新的場同步信號，第二跟蹤模塊接收所述新的場同步信號和來自分離門限模塊的粗略的場同步信號，用新的場同步信號對粗略的場同步信號進(jìn)行跟蹤，當(dāng)檢測出粗略的場同步信號是處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，新的場同步信號與粗略的場同步信號保持同步；當(dāng)粗略場同步信號發(fā)生突變時(shí)，新的場同步信號將維持其周期不變直到下一次穩(wěn)定的粗略場同步信號得到檢測；所述第二周期處理模塊根據(jù)所述鎖定的行同步信號對新的場同步信號的周期重新調(diào)整。
31、 如權(quán)利要求16所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，所述相位調(diào)整單元是根據(jù)行同步信號分離單元提供的行相位對復(fù)合視頻信號進(jìn)行二次采樣。
32、 如權(quán)利要求31所述的非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)器，其特征在于，二次采樣采用2點(diǎn)線性插值法，拉格朗日插值法或牛頓插值法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非同步復(fù)合視頻信號和S視頻信號的數(shù)字解調(diào)方法及解調(diào)器，設(shè)定一個(gè)固定的采樣時(shí)鐘采集數(shù)據(jù)并供整個(gè)解調(diào)過程使用；將復(fù)合視頻信號或S視頻信號轉(zhuǎn)換成初始數(shù)字信號；對所述初始數(shù)字信號中的場同步、行同步信號進(jìn)行還原，對該初始數(shù)字信號中的場頻、行頻進(jìn)行計(jì)算并鎖定；對該初始數(shù)字信號中的色度進(jìn)行解調(diào)；對所述行同步相位通過插值法進(jìn)行二次采樣；相位調(diào)整；和亮色分離及亮度、對比度、飽和度調(diào)整。通過本發(fā)明可以解除視頻解調(diào)器中對于模擬鎖相環(huán)的依賴。鎖相環(huán)是數(shù)字視頻解調(diào)器中唯一脫離不了模擬的重要核心。如此在數(shù)字視頻解調(diào)器的集成電路實(shí)現(xiàn)不僅是降低集成電路的面積，復(fù)雜度，同時(shí)一樣可以達(dá)到使用鎖相環(huán)所帶來的效果。
文檔編號H04N9/77GK101466048SQ200910045109
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者梁祖軍, 琦 蔣, 黃修珉 申請人:華亞微電子(上海)有限公司