專(zhuān)利名稱(chēng)：增強(qiáng)發(fā)射的電視信號(hào)垂直清晰度的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射高清晰度電視信號(hào)的領(lǐng)域，特別是關(guān)于在不增加帶寬的情況下增強(qiáng)發(fā)射電視信號(hào)的垂直清晰度的方法和裝置。
電視圖象是水平行的集合，每一行由表示圖象的亮度或色度分量的幅度信號(hào)所調(diào)制，這些行信號(hào)被相繼發(fā)射和接收，用以在形成原始圖象的陰極射線(xiàn)管上顯示?，F(xiàn)在主要有兩種獨(dú)立的行標(biāo)準(zhǔn)。在北美和日本，電視發(fā)射為每幅圖象525行。在歐洲，非洲，亞洲及澳洲，電視發(fā)射為每幅圖象625行，一幅圖象的行數(shù)越多，其清晰度或垂直分辨力就越高。在現(xiàn)代，已經(jīng)有顯示更多的電視行數(shù)的技術(shù)，這樣由于增強(qiáng)了垂直清晰度從而改善了圖象質(zhì)量?，F(xiàn)在也已有能夠增加行信號(hào)帶寬的器件，通過(guò)提高水平清晰度而改善圖象質(zhì)量。因此，存在比使用的現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送獲得更高圖象質(zhì)量的技術(shù)。這種技術(shù)就是高清晰度電視(HDTV)。特別是已推薦出于1050行，1125行和1250行的顯示方法，對(duì)于這些現(xiàn)行提案的主要問(wèn)題是沒(méi)有經(jīng)濟(jì)的手段來(lái)推廣這種發(fā)送。目前全世界使用的電視接收機(jī)號(hào)接收525行或625行的發(fā)送信號(hào)，而不能顯示HDTV的發(fā)送信號(hào)。提供電視臺(tái)的主要花費(fèi)是制做節(jié)目的費(fèi)用，它必須由例如廣告或收費(fèi)電視集資。這種集資方法需要有大量觀眾。在提供HDTV服務(wù)的開(kāi)始階段，沒(méi)有兼容的接收機(jī)，因此就不可能補(bǔ)償節(jié)目花費(fèi)。此外，一個(gè)HDTV接收機(jī)的成本看來(lái)令人沮喪地高。
克服這個(gè)困難的一種方法是引入現(xiàn)有接收機(jī)與HDTV發(fā)送兼容的概念，利用低成本轉(zhuǎn)換器將HDTV發(fā)送信號(hào)轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)制式的信號(hào)。這種低成本轉(zhuǎn)換器會(huì)使HDTV發(fā)送信號(hào)在傳統(tǒng)接收機(jī)上顯示出來(lái)，但只達(dá)到傳統(tǒng)圖象的質(zhì)量。由于要求這種服務(wù)的新用戶(hù)不必開(kāi)始就買(mǎi)一臺(tái)昂貴的HDTV接收機(jī)，而只需要給他們現(xiàn)有的電視機(jī)買(mǎi)一個(gè)低成本的轉(zhuǎn)換器，故這種方案鼓勵(lì)了觀眾的迅速增加。只有那些希望利用HDTV得到更高圖象質(zhì)量的用戶(hù)會(huì)要求較昂貴HDTV接收機(jī)。
現(xiàn)已提出幾種解決兼容HDTV信號(hào)的設(shè)計(jì)方案。所有方案都是基于使HDTV的行標(biāo)準(zhǔn)為現(xiàn)有行標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)單倍數(shù)。例如，在北美，現(xiàn)有的發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)為525行/圖象，提出的HDTV標(biāo)準(zhǔn)將使用1050行(傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的兩倍)。同樣在歐洲，傳統(tǒng)電視標(biāo)準(zhǔn)為625行/圖象，提出的HDTV標(biāo)準(zhǔn)為1250行。在傳統(tǒng)的顯示標(biāo)準(zhǔn)和HDTV顯示標(biāo)準(zhǔn)之間的這種簡(jiǎn)單關(guān)系提出在兩種標(biāo)準(zhǔn)間譯碼，例如，通過(guò)舍棄交替行或者通過(guò)重新內(nèi)插丟失行。本發(fā)明及其背景將依據(jù)提出的在北美使用的1050/525行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行全面討論，應(yīng)當(dāng)理解，這些概念同樣適用于歐洲建議的1250/625行的標(biāo)準(zhǔn)。在保留本發(fā)明基本特征時(shí)，特別是，當(dāng)譯碼中，抽取和內(nèi)插交替行時(shí)，與指示數(shù)字有小的偏差是可能的?，F(xiàn)已經(jīng)有幾種設(shè)計(jì)的選擇方案建議使用交替方法。
一種建議方案是發(fā)射一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電視信號(hào)和一個(gè)輔助信號(hào)。因此，發(fā)射信號(hào)的一個(gè)分量直接與傳統(tǒng)接收機(jī)兼容而不需要任何轉(zhuǎn)換器。輔助信號(hào)可以在獨(dú)立信號(hào)道上發(fā)射或者與第一個(gè)信號(hào)復(fù)用，這樣現(xiàn)有的接收機(jī)不受其影響。HDTV接收機(jī)接收這兩種信號(hào)并且利用它們?cè)佻F(xiàn)高清晰度圖象。有這樣一種意見(jiàn)，輔助信號(hào)由載有信息的模擬信號(hào)組成，這個(gè)信息與525標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射行和必須復(fù)原的內(nèi)插525行之間的差有關(guān)。將差信息加到發(fā)射的兼容行中重新恢復(fù)出丟失行。輔助信號(hào)可以在第二信道發(fā)射或者在第一個(gè)信號(hào)的副載波上發(fā)射。
在技術(shù)方面的問(wèn)題是要求絕對(duì)的兼容性;也就是，第一個(gè)信號(hào)必須是基本傳統(tǒng)復(fù)合信號(hào)，(NTSC)信號(hào)，(或在歐洲，是PAL/SECAM信號(hào))。這些復(fù)合信號(hào)使用了色度分辨力差的色副載波，這種色副載波很難提高已改善的彩色清晰度，并且對(duì)亮度信號(hào)引起明顯失真。對(duì)于NTSC標(biāo)準(zhǔn)，完全分開(kāi)亮度和色度形成以高清晰度圖象為基礎(chǔ)的高質(zhì)量信號(hào)是很困難的。
另一方面，絕對(duì)的NTSC兼容性可能不是迫切要求。很可能任何實(shí)用的HDTV標(biāo)準(zhǔn)將包括了有條件地接近接受的能力(收費(fèi)電視)。編碼的電視信號(hào)要求每一個(gè)接收機(jī)有一個(gè)譯碼器;因此，能夠使用任何信號(hào)傳送模式，只要在用戶(hù)解碼器中傳統(tǒng)的NTSC譯碼費(fèi)用不是過(guò)分地昂貴。NTSC信號(hào)大約40年前就標(biāo)準(zhǔn)化了，而現(xiàn)在正受到先進(jìn)技術(shù)的沖擊。從1980年以來(lái)，已經(jīng)發(fā)展了(以數(shù)字處理為基礎(chǔ)的)新的復(fù)合信號(hào)，它提供比NTSC更好的圖象質(zhì)量，并且為HDTV奠定良好的基礎(chǔ)。例如，一些用于復(fù)昧煉群蛻確至康囊允質(zhì)奔渲嵫顧蹺〉鬧剖劍?，笍拿模拟分量信号（或MAC)，也稱(chēng)時(shí)間軸復(fù)用分量(TMC)。當(dāng)這樣的信號(hào)以525行制式發(fā)送時(shí)(例如，525行MAC)就可以廉價(jià)地在解碼器中對(duì)NTSC進(jìn)行譯碼。
MAC信號(hào)沒(méi)有采用色副載波攜帶彩色信息。而是以在每一發(fā)射電視行中使用時(shí)間軸壓縮復(fù)用亮度和色度信息來(lái)代替。

圖1表示這種技術(shù)。在解碼器中，貯存亮度和色度分量，然后分別擴(kuò)展得到顯示所要求的全行亮度和色度信號(hào)。這使兩分量之間能完全分離，并避免了與NTSC彩色副載波有關(guān)的交叉干擾效應(yīng)。由于這個(gè)原因，大多數(shù)HDTV方案都以時(shí)間軸壓縮技術(shù)為基礎(chǔ)。
當(dāng)MAC信號(hào)采用525行結(jié)構(gòu)時(shí)，可在解碼器中對(duì)傳統(tǒng)的NTSC信號(hào)簡(jiǎn)單地譯碼，以保持與現(xiàn)有的接收機(jī)的兼容性。使用一個(gè)或兩個(gè)低成本定制的集成電路就可能完成這個(gè)目的。
更令人鼓舞的HDTV方案著眼于在用戶(hù)解碼器中簡(jiǎn)單地將525行MAC/TMC信號(hào)轉(zhuǎn)換為NTSC信號(hào)，而在發(fā)送源轉(zhuǎn)換為1050行分量的HDTV。剩下的最重要的技術(shù)問(wèn)題是關(guān)于提高清晰度所用的技術(shù)，特別是在垂直方向上的清晰度，同時(shí)維持對(duì)NTSC低費(fèi)用解碼的可能性。
兼容的另一方法是發(fā)射所用的1050行。然后，利用儲(chǔ)存保留行的行存儲(chǔ)器在用戶(hù)解碼器中舍棄交替行，剩下525行MAC信號(hào)以備轉(zhuǎn)換成NTSC。而HDTV接收機(jī)將顯示出所有1050行。
這個(gè)方法的問(wèn)題是發(fā)送這樣的信號(hào)所要求的帶寬過(guò)寬。例如，如果要求在NTSC中把水平帶寬從4MHZ加倍到8MHZ(等量的)，此外并把行數(shù)從525加倍到1050的話(huà)，傳送帶寬提高4倍。由于對(duì)射頻頻譜上過(guò)高要求，就發(fā)送費(fèi)用而論這不是一個(gè)經(jīng)濟(jì)的解決辦法。
現(xiàn)已提出此方法的修正方案，即，發(fā)送兩個(gè)獨(dú)立的525行信號(hào)，第一個(gè)MAC信號(hào)用于直接轉(zhuǎn)變成NTSC，而HDTV接收機(jī)把兩個(gè)信號(hào)解碼以產(chǎn)生1050行的結(jié)果。雖然這個(gè)方法消除了在NTSC兼容解碼器中存儲(chǔ)器的要求，(把這個(gè)費(fèi)用轉(zhuǎn)嫁到了HDTV接收機(jī)上)，但它并未涉及射頻頻譜過(guò)高要求的問(wèn)題。
現(xiàn)已廣泛研究的另一方法是把發(fā)射的前一場(chǎng)的隔行中重新內(nèi)插丟失行，利用了隔行達(dá)到垂直清晰度的潛在改善。參照?qǐng)D2，一個(gè)525行隔行信號(hào)利用來(lái)自在前一場(chǎng)中的行重新內(nèi)插丟失行能夠被轉(zhuǎn)換成525行順序信號(hào)(行數(shù)加倍)，這項(xiàng)技術(shù)具有使主觀垂直清晰度增加大約50%的潛力。借助適當(dāng)?shù)臉颖拘盘?hào)結(jié)構(gòu)，使用從前場(chǎng)來(lái)的信息有能力在垂直方向和水平方向上增加清晰度。
這個(gè)方法有兩個(gè)問(wèn)題而且對(duì)所有采用前場(chǎng)來(lái)的信息的技術(shù)都存在。第一個(gè)考慮的是HDTV接收機(jī)需要使用一個(gè)場(chǎng)存儲(chǔ)器(或許一個(gè)以上)以復(fù)原完整的HDTV圖象。雖然場(chǎng)存儲(chǔ)器的使用費(fèi)用現(xiàn)在還很不便宜，但是，可以預(yù)言，在不遠(yuǎn)的將來(lái)大批量生產(chǎn)將解決這個(gè)問(wèn)題。第二個(gè)問(wèn)題更嚴(yán)峻些，利用前場(chǎng)的信息內(nèi)插丟失行只對(duì)靜止圖象象素起作用，因此，對(duì)于運(yùn)動(dòng)圖象必須采用更為復(fù)雜的技術(shù)。
實(shí)驗(yàn)上使用兩種方法解決這個(gè)問(wèn)題(ⅰ)檢測(cè)畫(huà)面的運(yùn)動(dòng)象素，而且(在運(yùn)動(dòng)區(qū)域中)采用場(chǎng)內(nèi)內(nèi)插(從同一場(chǎng)的周?chē)袃?nèi)插)。
(ⅱ)不僅檢測(cè)運(yùn)動(dòng)情況，而且檢測(cè)其幅度和方向，能從周?chē)鷪?chǎng)適當(dāng)?shù)牟课粌?nèi)插。
但是這些方法都沒(méi)有提出不久的將來(lái)能在HDTV用戶(hù)能負(fù)擔(dān)得起的解碼器中得到令人滿(mǎn)意的運(yùn)動(dòng)圖象顯示的有力證明。
上述技術(shù)(ⅰ)的提出消除了用戶(hù)解碼器中對(duì)運(yùn)動(dòng)圖象檢測(cè)的需要。這個(gè)方法在發(fā)射機(jī)上使用了先進(jìn)設(shè)備檢測(cè)在景象區(qū)的區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)并且把這個(gè)信息發(fā)送到使用獨(dú)立數(shù)字信道的所有解碼器上(數(shù)字輔助電視)。這項(xiàng)工作目前正處在初級(jí)階段;但是，初步結(jié)論認(rèn)為這可能要求足夠的數(shù)據(jù)容量。為了可行起見(jiàn)，有關(guān)本方法的數(shù)據(jù)要求必須降低到可以接受的水平而不增加HDTV解碼器的費(fèi)用和復(fù)雜性。因此，非常清楚，仍然需有其他可行的解決問(wèn)題的辦法。帶寬即可以保留，而且使持有傳統(tǒng)電視接收機(jī)或者新型的HDTV終端的任何HDTV用戶(hù)都可得到廉價(jià)地服務(wù)。
用本發(fā)明的原理解決了改善HDTV發(fā)送和接收的問(wèn)題以及有關(guān)的問(wèn)題。通過(guò)在一個(gè)單場(chǎng)內(nèi)的處理，提高了MAC信號(hào)的垂直清晰度。通過(guò)本方法和裝置，提供兼容的525行MAC信號(hào)，在發(fā)送的行中載有未被發(fā)送的附加行的信息。附加的信息在高視頻頻率上傳送并且不會(huì)被525行兼容接收機(jī)的廉價(jià)轉(zhuǎn)換器所處理。設(shè)計(jì)一種NTSC兼容的、接收同一發(fā)送信號(hào)的廉價(jià)解碼器包括提供一個(gè)單低通濾波器，以恢復(fù)在傳統(tǒng)接收機(jī)上顯示的能以低費(fèi)用轉(zhuǎn)換成NTSC的傳統(tǒng)垂直清晰度的525行信號(hào)。相反，與HDTV接收機(jī)配用的轉(zhuǎn)換器處理附加的高頻信息，以獲得用于顯示1050行的增加了垂直清晰度。
本處理方法用于MAC制式中的1050行的原源信號(hào)。可以只應(yīng)用于亮度分量，或者分別地使用到亮度和色亮分量上。本方法包括以下步驟步驟1.以正交取樣模式對(duì)1050行源信號(hào)進(jìn)行取樣(圖3)。使用了一個(gè)2維對(duì)角線(xiàn)濾波器。
步驟2.交替地去掉樣本信號(hào)以得到非正交的1050行“梅花形”或5樣本信號(hào)模式圖形。只要在步驟1中已限定了對(duì)角線(xiàn)分辨力則這種樣本模式提供全部垂直和水平分辨力。
步驟3.將每一行與在其上或在其下的相鄰行相加，有效地重復(fù)使用這些樣本信號(hào)，以再生出取樣頻率為fs的正交樣本結(jié)構(gòu)。
步驟4.隔行舍棄，得到525行信號(hào)。
前四個(gè)步驟是在傳送源或靠近傳送源完成的，這樣得到取過(guò)樣的525行傳送信號(hào)，當(dāng)在二維頻率面內(nèi)觀察時(shí)，實(shí)際沒(méi)有混迭現(xiàn)象。換言之，是具有中心頻率分量的棋盤(pán)格形的重復(fù)頻譜，故丟失的行數(shù)據(jù)可以從高頻重復(fù)頻譜中重新內(nèi)插出。在重復(fù)頻譜信號(hào)中的高頻對(duì)角線(xiàn)信息載有代表存在于1050行原始信號(hào)中的高頻垂直信息的褶疊能量。用高頻垂直信息有效地代替了對(duì)角線(xiàn)分辨力。
二維對(duì)角線(xiàn)濾波器525行信號(hào)輸出的樣本信號(hào)能利用數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器重新轉(zhuǎn)換成模擬形式。在D/A轉(zhuǎn)換前的數(shù)字域中或者在D/A轉(zhuǎn)換后的模擬域中，低通濾波器實(shí)現(xiàn)fs/2處的斜對(duì)稱(chēng)特性(fs是取樣頻率)。
步驟5.應(yīng)用斜對(duì)稱(chēng)的亞奈奎斯特濾波器，斜對(duì)稱(chēng)濾波保留了傳送帶寬而且允許重新內(nèi)插。所得到的525行模擬信號(hào)可以發(fā)送出去，而且這個(gè)信號(hào)與任何接收同制式的未經(jīng)處理的525行信號(hào)的解碼器是兼容的。在接收時(shí)，用一低通濾波器簡(jiǎn)單地除掉在高頻上褶疊的能量。這樣用傳統(tǒng)的電視機(jī)就可收看。
對(duì)于擁有HDTV接收機(jī)的用戶(hù)，HDTV解碼器利用以下附加步驟再生出1050行，以便顯示步驟6.在模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換或取樣之前或之后使用一預(yù)取樣斜對(duì)稱(chēng)濾波器。(要注意，該濾波器特性有可能對(duì)步驟5的斜對(duì)稱(chēng)特性有影響)。
步驟7.在步驟6前或在其后，以頻率fs/2對(duì)信號(hào)作取樣。
步驟8.在每一接收行中分離交替樣本信號(hào)形成兩行;也就是說(shuō)，相隔的樣本被垂直移位以形成丟失的行。
步驟9.使用二維內(nèi)插來(lái)替換丟失的樣本，并且恢復(fù)正交取樣模式。這個(gè)內(nèi)插器實(shí)現(xiàn)對(duì)角線(xiàn)濾波特性。在步驟9的結(jié)束，所得到的是一個(gè)1050行的增強(qiáng)了垂直清晰度的信號(hào)，以備顯示。
本發(fā)明的有關(guān)設(shè)備僅包括有，一個(gè)鎖相環(huán)，一個(gè)同步脈沖分離器以及對(duì)電路各點(diǎn)提供同步和鐘控輸入的定時(shí)發(fā)生器，一個(gè)低通濾波器，一個(gè)A/D和一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，一個(gè)二維對(duì)角線(xiàn)濾波器，轉(zhuǎn)換和控制邏輯電路以及用于編碼或解碼的斜對(duì)稱(chēng)低通濾波器。對(duì)于廣播級(jí)質(zhì)量的發(fā)送、接收或者中間基帶的要求建議使用一個(gè)七行對(duì)角線(xiàn)濾波器，而廉價(jià)的三或五行對(duì)角線(xiàn)濾波器適宜于HDTV接收機(jī)中使用。本方法或裝置不需要全場(chǎng)存儲(chǔ)器，也不只限于對(duì)靜止圖象進(jìn)行時(shí)間軸重新內(nèi)插。
圖1是熟知的B-復(fù)用模擬分量(B-MAC)電視信號(hào)的圖解表示。
圖2是垂直信號(hào)對(duì)時(shí)間的圖解表示，表明先有的隔行技術(shù)。
圖3是應(yīng)用于發(fā)送源的本發(fā)明電視信號(hào)處理方法的流程圖及圖解表示。
圖4是應(yīng)用于HDTV信號(hào)接收的本發(fā)明電視信號(hào)處理方法的流程圖以及圖解表示。
圖5是按本發(fā)明的嗦肫韉姆嬌蟯肌 圖6是按本發(fā)明的解碼器的方框圖。
圖7是一個(gè)七行15階對(duì)角線(xiàn)濾波器的示意圖。
圖8a和8b是圖7濾波器二維頻響的三維圖解表示;圖8a表示中心頻率特性，圖8b表示包含高頻重復(fù)頻譜的頻率特性，此重復(fù)頻譜可重新內(nèi)插出1050行的HDTV信號(hào)。
圖9a，9b和9c分別表示525行圖象的圖片、按本方法處理后的圖象的圖片。
扼要參看圖1，它表示B-MAC視頻信號(hào)，包括有被過(guò)渡間隔分開(kāi)的數(shù)據(jù)、色度和亮度信號(hào)。所示的B-MAC視頻亮度信號(hào)，已按照本發(fā)明對(duì)適于HDTV的B-MAC信號(hào)進(jìn)行了有利于NTSC復(fù)合視頻信號(hào)應(yīng)用的范例方法進(jìn)行了處理。色度信號(hào)或其它視頻信號(hào)也可按本發(fā)明進(jìn)行類(lèi)似的處理。
所示的1050行B-MACY-輸入信號(hào)作為圖5和圖6的設(shè)備的輸入，并且按照?qǐng)D3和圖4的流程圖所示的方法處理。圖3和圖5所表示的方法和設(shè)備分別用于對(duì)1050行模擬B-MAC信號(hào)進(jìn)行編碼。以這種方法，具有褶疊高頻重復(fù)頻譜信息的525行編碼輸出可以以保留帶寬發(fā)送到接收機(jī)上。圖中未表示出的是一個(gè)在基帶視頻上用以消除高頻分量的、廉價(jià)HDTV轉(zhuǎn)換器的單低通濾波器，以便給傳統(tǒng)接收機(jī)的顯示提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的525行NTSC復(fù)合視頻信號(hào)。
特別要參照?qǐng)D3，它表示在廣播發(fā)射源上實(shí)現(xiàn)本處理過(guò)程的5個(gè)步驟的流程圖。在方框301中表示步驟1，模擬輸入B-MAC視頻信號(hào)的數(shù)字取樣過(guò)程。所示的交替樣本××××和0000共同組成一取樣的1050行或者其它高分辨力HDTV視頻信號(hào)。以奈奎斯特率進(jìn)行取樣，例如，約為28MHz，精確的是，28，636，360Hz。
簡(jiǎn)要參照?qǐng)D5，以電路結(jié)構(gòu)的形式表示出第一步驟電路結(jié)構(gòu)包括處于基帶的低通濾波器501，濾波后的模擬輸入信號(hào)加到以28MHZ為時(shí)鐘頻率的A/D轉(zhuǎn)換器502上。時(shí)鐘輸入利用眾所周知的方式饋送輸入信號(hào)通過(guò)同步信號(hào)發(fā)生器503而導(dǎo)出。同步信號(hào)發(fā)生器503的水平同步輸出約32KHZ，加到鎖相環(huán)504上。鎖相環(huán)504還輸入有以約28MHZ的奈奎斯特率工作的晶體控制振蕩器505的信號(hào)。鎖相環(huán)505的鎖定高頻輸出可直接用作時(shí)鐘信號(hào)，例如，用到A/D轉(zhuǎn)換器502上。在二分頻電路506上，它被分為1/2奈奎斯特率的時(shí)鐘信號(hào)。在分頻器507上將其除以455，以近似32KHZ的頻率鎖定輸入的水平同步信號(hào)。
簡(jiǎn)要參看圖3，方框302圖示二維對(duì)角線(xiàn)濾波器的應(yīng)用。在圖5中。對(duì)角線(xiàn)濾波器508連接到A/D轉(zhuǎn)換器502的輸出上。濾波器的輸出是經(jīng)過(guò)對(duì)角線(xiàn)濾波器的信號(hào)，它被饋送到第一暫存器509，或者通過(guò)異-或門(mén)512啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)511送到第二行存儲(chǔ)器510上。隔行的交替樣本信號(hào)組成如圖3方框305中所示的5點(diǎn)圖或梅花式結(jié)構(gòu)圖。
再參照?qǐng)D5，在某一時(shí)點(diǎn)上第二行存儲(chǔ)器510包含已經(jīng)舍棄了丟失樣本信號(hào)的交替取樣的一行信號(hào)。在另一時(shí)點(diǎn)上，第一行存儲(chǔ)器509轉(zhuǎn)接到第二行存儲(chǔ)器510上，這樣丟失的縫隙就由來(lái)自第一行存儲(chǔ)器509的交替樣本信號(hào)的相鄰行填滿(mǎn)。討論圖3更容易理解這個(gè)過(guò)程。
方框303代表在取樣之后，但在對(duì)角線(xiàn)濾波之前的1050行信號(hào)。在對(duì)角線(xiàn)濾波過(guò)程中，交替行上的交替樣本信號(hào)被舍棄，如方框304所示，得到方框305表示的1050行梅花點(diǎn)式結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)包含樣本信號(hào)O2O2的行通到第一行存儲(chǔ)器509上時(shí)，包含樣本信號(hào)X1X2的另一行則加到第二行存儲(chǔ)器510上。當(dāng)?shù)谝缓偷诙写鎯?chǔ)器分別被樣本信號(hào)填滿(mǎn)時(shí)，第一行存儲(chǔ)器509的選通產(chǎn)生，把它的樣本信號(hào)有效地疊加，以充滿(mǎn)在第二行存儲(chǔ)器510貯存的相鄰行中的間隙。
圖3方框306中，表示這個(gè)選通過(guò)程。其結(jié)果為，如方框圖307所示的1050行信號(hào)暫存在第二行存儲(chǔ)器510中。一行樣本信號(hào)，例如，X3O2X3O2含有相鄰行樣本信號(hào)X3O4X3O4的冗余信息，也就是交替樣本數(shù)據(jù)X3。
處理過(guò)程中的下一步是除去交替行，因此，冗余樣本數(shù)據(jù)如圖3方框308中所示。在方框309中保留的是包含有關(guān)丟失行的褶疊信息的525行信號(hào)。例如，樣本信號(hào)O2和O4褶疊到525行的信號(hào)中，而提供鋈綬嬌 05所示采交替行信號(hào)的樣本。
參照?qǐng)D5，交替行的舍棄是通過(guò)僅選通第二行存儲(chǔ)器510中的每一其它行來(lái)完成。輸入信號(hào)奇/偶樣本信號(hào)加到異-或門(mén)512上。同樣，輸入信號(hào)奇/偶行加到異-或門(mén)512和“與”門(mén)513上，513的另一輸入是28MHZ時(shí)鐘信號(hào)?！芭c”門(mén)513的輸出觸發(fā)行樣本數(shù)據(jù)的選通，進(jìn)入第二行存儲(chǔ)器510中，而對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器的選通時(shí)鐘為二分之一初始取樣率(fs/2)。換言之，第一整行樣本信號(hào)，例如，X3O2X3O2由在第二行存儲(chǔ)器510中的第二行樣本信號(hào)X3O4X3O4簡(jiǎn)單地改寫(xiě)。該行X3O4X3O4如方框309所示，允許輸出到D/A轉(zhuǎn)換器514的行(在圖3中為方框310所示)。D/A轉(zhuǎn)換器514以速率fs/2(約為14MHZ)工作，fs是奈奎斯特取樣頻率。
發(fā)送編碼過(guò)程的最后一個(gè)步驟可以在方框310數(shù)/模轉(zhuǎn)換步驟之前或之后進(jìn)行。這最后步驟應(yīng)用如方框311所示的通頻為fs/2的斜對(duì)稱(chēng)低通濾波器。如果在模擬域內(nèi)實(shí)現(xiàn)的話(huà)，濾波器設(shè)計(jì)就變成一簡(jiǎn)單的R-C或L-C低通濾波器。眾所周知，理想的模擬低通濾波器是不可能的，但是，在數(shù)字域內(nèi)實(shí)際上能達(dá)到。因此，對(duì)于廣播級(jí)質(zhì)量來(lái)說(shuō)，推薦用數(shù)字斜對(duì)稱(chēng)低通濾波器。對(duì)于數(shù)字下取樣(downsampling)和重新取樣，濾波器可以級(jí)聯(lián)起來(lái)，而不會(huì)額外劣化發(fā)射或接收的視頻信號(hào)。然而，數(shù)字濾波器較為昂貴，因此，對(duì)于實(shí)際使用來(lái)說(shuō)，模擬低通濾波器更為適宜。
圖5所示的裝置中，D/A轉(zhuǎn)換器514的輸出加到波形校正器515上。它按照Sin(X)/X校正來(lái)平滑D/A轉(zhuǎn)換器的取樣，保持模擬輸出。然后，把平滑后的模擬輸出加到斜對(duì)稱(chēng)低通濾波器516上，它在7KHZ上有，例如，6db損耗特性。其輸出是525行編碼輸出，如圖3的方框311的輸出。然后，該輸出用衛(wèi)星，光纖，微波，射頻或其它方法傳送到遠(yuǎn)距離端，在傳統(tǒng)的或者HDTV接收機(jī)上利用調(diào)制和多路調(diào)制技術(shù)按熟知的方法進(jìn)行最終的接收。
現(xiàn)將參照?qǐng)D4和圖6來(lái)說(shuō)明解碼過(guò)程，假設(shè)一個(gè)525行編碼輸入已經(jīng)被分離和(或)解調(diào)，如果適當(dāng)?shù)脑?huà)，這樣的解碼過(guò)程制備接收的信號(hào)，通過(guò)內(nèi)插和恢復(fù)丟失行在特殊的1050行HDTV接收機(jī)上接收。
按照?qǐng)D6，接收的模擬信號(hào)是經(jīng)低通濾波的，典型地是在A/D轉(zhuǎn)換器602取樣以前，在低通斜對(duì)稱(chēng)模擬濾波器601上作模擬域?yàn)V波。如圖5，從同步分離器603上來(lái)的輸入信號(hào)中獲得同步信號(hào)。水平同步信號(hào)約為16kHZ，它與由晶控振蕩器605饋送的信號(hào)在鎖相環(huán)604上鎖定。約為28MHZ的振蕩器605的輸出被分頻。二分頻電路606的輸出是用來(lái)操作A/D轉(zhuǎn)換器602的，它是約為14MHZ的fs/2信號(hào)。910倍分頻電路607的輸出是約為16kHZ的水平同步信號(hào)。同步分離器603的水平和垂直同步信號(hào)輸出被饋送到時(shí)鐘為28MHZ的定時(shí)脈沖發(fā)生器617上，用于為解碼電路的各個(gè)部件產(chǎn)生定時(shí)脈沖。
參照流程4，方框401表示預(yù)取樣斜對(duì)稱(chēng)濾波器601。因?yàn)樵贖DTV用戶(hù)的轉(zhuǎn)換器中使用了模擬的非理想濾波器601，所接收的模擬輸出信號(hào)可能有一些劣化。隨著預(yù)測(cè)的未來(lái)數(shù)字濾波器費(fèi)用的降低?？梢灶A(yù)見(jiàn)到HDTV用戶(hù)的轉(zhuǎn)換器采用數(shù)字濾波器。最后，步驟6接到步驟7或方框402上。
根據(jù)圖6行取樣信號(hào)，數(shù)字開(kāi)關(guān)611和609的位置完成如圖4方框403的交替空行模式。方框403的后面是方框404，在其內(nèi)，把交替樣本移到空行中的對(duì)應(yīng)位置上。首先，開(kāi)關(guān)611的奇/偶取樣操作把奇/偶樣本信號(hào)聚集在一行中，如方框403所示。在開(kāi)關(guān)609上，奇偶樣本信號(hào)分別放在奇偶行中，組成無(wú)冗余樣本信息的梅花狀或五點(diǎn)圖形，如方框404所示。
數(shù)字開(kāi)關(guān)609的輸出作為輸入加到二維對(duì)角線(xiàn)濾波器608上，用以?xún)?nèi)插和恢復(fù)丟失的樣本信號(hào)。這在圖4方框405中表示出，內(nèi)插的樣本信號(hào)××××，0000在方框406中表示。現(xiàn)在，于D/A轉(zhuǎn)換器614上，1050行信號(hào)轉(zhuǎn)回到用于顯示的模擬形式。轉(zhuǎn)換過(guò)程表示在流程圖4方框407。加到D/A轉(zhuǎn)換器614的模擬輸出的校正器615是按照Sin(×)/×校正算法工作的。在轉(zhuǎn)換成HDTV接收機(jī)顯示前，在低通濾波器616上，對(duì)校正器615的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，以通過(guò)1050行B-MAC基帶信號(hào)。圖6表示的解碼器與HDTV接收機(jī)(未表示)可以簡(jiǎn)便地組裝在一起或者可以是分開(kāi)的部件，這依賴(lài)于最初如何使用HDTV而定。
圖7是七行十五階二維對(duì)角線(xiàn)瞬ㄆ韉募虻シ嬌蟯肌５痹贖DTV廣播臺(tái)的發(fā)射源上使用時(shí)，或在要達(dá)到HDTV廣播質(zhì)量的中間站上使用時(shí)，建議使用按照?qǐng)D5裝置結(jié)構(gòu)的這種濾波器。三行或五行濾波器足以滿(mǎn)足如包括圖6電路的用戶(hù)轉(zhuǎn)換器中的使用質(zhì)量。
在湯格(C.J.Tonge)的論文“電視圖象的取樣”(英國(guó)獨(dú)立廣播公司的實(shí)驗(yàn)和發(fā)展報(bào)告(12/81))，描述了電視圖象的取樣過(guò)程。在其中的圖12-17中闡述了用于用戶(hù)轉(zhuǎn)換器的適當(dāng)設(shè)計(jì)的三行和五行濾波器，它比圖7中的七行濾波器更為經(jīng)濟(jì)可行。
所有這些濾波器都包括有單行延遲元件，單個(gè)樣本信號(hào)延遲元件，加法器和乘法器用于把延遲樣本信號(hào)與依賴(lài)濾波器復(fù)雜程度的特殊系數(shù)相乘在一起。該系數(shù)從離散付里葉變換給出的一般下取樣濾波器方程得到的方程式中獲得H(w)=Σn=-N1n=N1h(n)exp(-jnRw..)]]>其中，-N1≤n≤N2是樣本信號(hào)位置的范圍，h(n)是沖激響應(yīng)，而R是由整數(shù)n確定的周期。對(duì)于應(yīng)用(頻率)約為頻率π/2R的濾波器516和601的斜對(duì)稱(chēng)濾波器設(shè)計(jì)，H(π/R-W)＝1-H(w).
設(shè)計(jì)對(duì)角線(xiàn)濾波器508和608的二維離散付里葉變換由下式給定H(w1,w2)=Σn1n1h(n1,n2)exp(-jn1R1w1)]]>exp(-jn2R2w2)。
下表1給出t行十五階濾波器的各系數(shù)，應(yīng)用在圖7所示的乘法器中。
下列表2給出每一系數(shù)值表2C(0，0)＝.5000C(4，1)＝-.0214C(0，1)＝.1799C(4，3)＝-.0049C(0，3)＝-.0030C(5，0)＝.0141C(1，0)＝.1919C(5，2)＝.0064C(1，2)＝.0279C(6，1)＝.0045C(2，1)＝.0643C(6，3)＝-.0007C(2，3)＝.0074C(7，0)＝.0002C(3，0)＝.0441C(7，2)＝.0011C(3，2)＝-.0202湯格(Tonge)給出了三和五行濾波器的系數(shù)，為了方便起見(jiàn)，重列在這里，表3列出三行濾波器的系數(shù)，表4是五行濾波器的系數(shù)。
表30-3060-3010153215010-3060-30表400100-100-10010000-50-6001300-600-5010250230512230025010-50-6001300-600-5000100-100-1001000圖7示出了七行十五階濾波器的詳細(xì)方框圖，其具有分別在表1和表2中所示的系數(shù)排列和數(shù)值。此七行濾波器需要6個(gè)獨(dú)立的行延遲元件701-706，三行濾波器僅需要2個(gè)(延遲元件)而五行濾波器僅需要4個(gè)(延遲元件)。而且，七行濾波器實(shí)現(xiàn)中，需要3個(gè)初始行加法器707-709，在五行中僅需要二個(gè)，在三行實(shí)現(xiàn)中僅需要一個(gè)。
第一和最后的延遲行在加法器707中相加，第二個(gè)和倒數(shù)第二個(gè)在加法器708中相加，以此類(lèi)推，直至中間行被成對(duì)處理?？偣灿?個(gè)處理行。其中4個(gè)處理行分別包括單樣本延遲元件701-722，723-736，736-749和750-763。在特殊行中串聯(lián)在一起的兩個(gè)單樣本延遲元件的位置等價(jià)于乘以表1，3或4中的零值系數(shù)的。所示的各個(gè)延遲的樣本信號(hào)在并聯(lián)加法器764-776上相加。并在乘法器778-794上乘上系數(shù)C(0，0)-C(7，2)。
五個(gè)處理行的輸出上的各離散付里葉變換元素在包含加法器795-810的五級(jí)加法器中相加在一起。圖中僅表示了兩元加法器的組合，這是因?yàn)榭梢栽O(shè)想按照超大規(guī)模集成(VLSI)電路技術(shù)很容易做出這些元件構(gòu)塊。實(shí)際上，本七行十五階濾波器是由4個(gè)這樣的VLSI器件裝配成的。
舉例來(lái)說(shuō)，現(xiàn)已制造出在525行B-MAC信號(hào)上實(shí)施上述方法的編碼器和解碼器。加到典型的編碼器的輸出上的是2621/2行信號(hào)，它具有高頻重復(fù)頻譜的褶疊信息，可內(nèi)插出2621/2丟失行。圖9a是525行源圖象的圖片。圖9b是按照本方法從2621/2行信號(hào)內(nèi)插出的525行圖象的圖片。
這種例子說(shuō)明了本方法和裝置可以為那些傳送介質(zhì)容量有限，但需要分辯力的地方提供服務(wù)。例如，圖象電話(huà)服務(wù)，或通過(guò)電話(huà)線(xiàn)路的高分辨力圖文電視。
因此，本文已給出和描述了一種增強(qiáng)發(fā)送電視信號(hào)垂直清晰度的方法和裝置。這樣能在低帶寬發(fā)送信號(hào)，而在接收時(shí)，得到圖象沒(méi)有劣化的具有兩倍垂直分辨力的圖象質(zhì)量。本方法和裝置闡述了一個(gè)實(shí)施例，并且給出在HDTV領(lǐng)域中和傳統(tǒng)廣播領(lǐng)域中一個(gè)應(yīng)用范例。但是，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，不必脫離下列所述權(quán)利要求范圍和精神，能應(yīng)用具有其它標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)及實(shí)施例是很容易完成的。
權(quán)利要求
1.一種使具有預(yù)定水平行數(shù)的電視發(fā)射信號(hào)的垂直清晰度增加的方法，包括步驟為除去要發(fā)送的電視信號(hào)的交替行，及在接收時(shí)，再內(nèi)插出未發(fā)送的交替行，以奈奎斯特取樣率對(duì)要發(fā)射的電視信號(hào)進(jìn)行取樣，把電視信號(hào)行樣本儲(chǔ)存在行存儲(chǔ)器中，將行樣本信號(hào)作二維的對(duì)角線(xiàn)濾波，完成電視信號(hào)交替行的抽取，舍棄交替行，為發(fā)送提供了約為預(yù)定行數(shù)的一半的數(shù)字電視信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能使發(fā)射電視信號(hào)垂直清晰度增加的方法，樣本信號(hào)的二維對(duì)角線(xiàn)濾波包括的步驟為在每一行中去掉交替樣本，形成梅花狀或五點(diǎn)樣本圖形，各交替行去掉的樣本用最鄰近某行的樣本信號(hào)替換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使發(fā)射電視信號(hào)垂直清晰度增加的方法，電視信號(hào)的取樣過(guò)程包括步驟為把約為預(yù)定行數(shù)一半的信號(hào)轉(zhuǎn)變成用于發(fā)送的模擬信號(hào)，并且把頻率等于一半奈奎斯特取樣率的模擬信號(hào)濾波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使發(fā)射電視信號(hào)垂直清晰度增加的方法，未發(fā)射的交替行的重新內(nèi)插依靠把接收的電視信號(hào)進(jìn)行取樣，并且在二維平面上，對(duì)角線(xiàn)式地內(nèi)插出丟失的樣本信號(hào)來(lái)完成，恢復(fù)未發(fā)射的交替行，形成有預(yù)定水平行數(shù)的數(shù)字電視信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使發(fā)射電視信號(hào)垂直清晰度增加的方法，在二維平面上，對(duì)角線(xiàn)地內(nèi)插丟失的樣本信號(hào)所包括的步驟為從每一行中分離出交替樣本信號(hào)，對(duì)每一取樣后的行衍生出交替樣本信號(hào)的二個(gè)樣本信號(hào)行，形成交替行樣本信號(hào)的梅花形狀或五點(diǎn)式圖形，并通過(guò)二維內(nèi)插替換每一取樣的行的丟失交替樣本信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的能使發(fā)射電視信號(hào)垂直清晰度增加的方法，接收電視信號(hào)的取樣過(guò)程包括下列步驟把頻率等于一半奈奎斯特取樣率的接收信號(hào)作濾波，并把接收信號(hào)轉(zhuǎn)換成近似預(yù)定水平行數(shù)一半的數(shù)字行樣本信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能使發(fā)射電視信號(hào)垂直清晰度增加的方法，包含把接收的電視信號(hào)進(jìn)行濾波以除掉高頻分量，使得能夠在傳統(tǒng)電視接收機(jī)上顯示出近似為預(yù)定水平行數(shù)一半的經(jīng)濾波的電視信號(hào)。
8.能使有預(yù)定水平行數(shù)的發(fā)射電視信號(hào)垂直清晰度增加的裝置，該裝置包括對(duì)待發(fā)射的電視信號(hào)進(jìn)行取樣的裝置，在二維平面上，對(duì)電視樣本信號(hào)進(jìn)行對(duì)角線(xiàn)濾波以形成五點(diǎn)樣本信號(hào)結(jié)構(gòu)的圖形的裝置，存儲(chǔ)這種樣本信號(hào)的水平行的裝置，轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)在水平行存儲(chǔ)裝置中的樣本信號(hào)和行信號(hào)的裝置，頻率為電視樣本信號(hào)取樣頗率一半的斜對(duì)稱(chēng)的低通濾波器，該低通濾波器輸出是含有預(yù)定水平行數(shù)一半的信號(hào)，用作發(fā)射的電視信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的能使電視信號(hào)垂直清晰度增加的裝置，行存儲(chǔ)裝置包括第一和第二行存儲(chǔ)裝置，第一行存儲(chǔ)裝置由第一邏輯電路裝置控制，用于選通送到第二行存儲(chǔ)裝置的行樣本信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的能使電視信號(hào)垂直清晰度增加的裝置，第二行存儲(chǔ)裝置以半取樣率予以鐘控。
11.能使具有預(yù)定水平行的發(fā)射電視信號(hào)的垂直清晰度增加的裝置，包括對(duì)發(fā)送的視頻信號(hào)進(jìn)行編碼的編碼器，其包含對(duì)發(fā)射的電視信號(hào)作取樣的裝置，在二維平面上對(duì)電視樣本信號(hào)對(duì)角線(xiàn)濾波以形成五點(diǎn)樣本信號(hào)結(jié)構(gòu)圖形的裝置，儲(chǔ)存這種樣本信號(hào)的一個(gè)水平行的裝置，把儲(chǔ)存在水平行存儲(chǔ)裝置的樣本信號(hào)和行信號(hào)作轉(zhuǎn)換的裝置，以及一個(gè)低通濾波器，它是一個(gè)電視樣本信號(hào)取樣頻率一半的斜對(duì)稱(chēng)的濾波器，一個(gè)在接收時(shí)對(duì)視頻信號(hào)作解碼的解碼器，包括對(duì)接收的視頻信號(hào)進(jìn)行取樣的裝置，把視頻信號(hào)樣本轉(zhuǎn)換成具有交替丟失的樣本信號(hào)的五點(diǎn)樣本圖形的裝置，從具有交替丟失的樣本信號(hào)五點(diǎn)圖形中重新內(nèi)插出丟失樣本信號(hào)的裝置，重新內(nèi)插裝置的輸出是一個(gè)具有預(yù)定水平行數(shù)的信號(hào)。
12.能使接收的有預(yù)定水平行數(shù)電視信號(hào)垂直清晰度增加的裝置包括對(duì)接收的視頻信號(hào)作取樣的裝置，把視頻樣本信號(hào)轉(zhuǎn)換，把接收的樣本信號(hào)的每一行形成交替樣本信號(hào)的兩行，組成五點(diǎn)樣本信號(hào)模式圖形的裝置，把輸入五點(diǎn)模式圖的丟失樣本信號(hào)重新內(nèi)插的裝置，其結(jié)果得到完整的樣本信號(hào)行，及對(duì)高清晰度電視機(jī)所用顯示信號(hào)進(jìn)行處理的裝置。
全文摘要
能使發(fā)射電視信號(hào)垂直清晰度增加而保留其帶寬的一種方法，包括抽取電視信號(hào)的交替行以及在接收時(shí)重新內(nèi)插出未發(fā)射的交替行。通過(guò)對(duì)電視信號(hào)進(jìn)行二維對(duì)角線(xiàn)濾波完成交替行的抽取以形成五樣本信號(hào)模式圖形。把每一行加到其鄰近行上，以便用1/2行數(shù)傳送。傳送前，在斜對(duì)稱(chēng)的低通濾波器上對(duì)發(fā)射的信號(hào)濾波保留帶寬。電視信號(hào)的編碼和解碼裝置，包括二維對(duì)角線(xiàn)濾波器，行開(kāi)關(guān)和控制電路。本裝置僅包括與編碼裝置的行轉(zhuǎn)換和控制電路有關(guān)的行存儲(chǔ)裝置。
文檔編號(hào)H04N7/015GK1034651SQ8810636
公開(kāi)日1989年8月9日 申請(qǐng)日期1988年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月2日
發(fā)明者基思·路卡斯, 威廉·F·范拉索爾 申請(qǐng)人:亞特蘭大科研公司