專利名稱：色度過載保護(hù)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視頻處理設(shè)備，尤其涉及一種色度過載保護(hù)設(shè)備。
色度過載電路通常用于防止過飽和色度，過飽和色度可能由視頻系統(tǒng)中的“頻道損壞”、如調(diào)諧器傾斜、多路徑傳播效應(yīng)、噪聲等產(chǎn)生。
常規(guī)形式的色度過載保護(hù)電路在自動色度控制(ACC)處理后的有效視頻時間區(qū)間，響應(yīng)平均色度電平通過調(diào)節(jié)色度信號的增益而工作。

圖1示出這種系統(tǒng)的實例。圖1的常規(guī)系統(tǒng)包括串聯(lián)的ACC單元10和色度過載單元20(各用虛線標(biāo)出)，后跟一色度信號分離器電路30，它分離色度信號為其組成矢量分量U和V，以作進(jìn)一步處理(例如，解調(diào)至基帶和矩陣變換以提供基帶色差輸出信號R-Y及B-Y)。
ACC單元10包括可控增益放大器12，色度輸入信號施加于其上，從放大器12的輸出端到其控制輸入端14有一反饋路徑。該反饋路徑包括串聯(lián)連接的色同步門(色同步信號選通門)16和自動色度控制電路(ACC)18。色度過載電路20還被反饋控制，并包括可控增益放大器22，它耦合在其輸入端，用于從單元10接收ACC控制的色度并提供有經(jīng)門電路26和平均檢測器28的串聯(lián)連接到其控制輸入端24的反饋。在色度ACC和色度過載保護(hù)之后色度信號分離器電路30將色度信號分離為其組成矢量以提供分離的色度矢量分量輸出信號U和V。
在ACC單元10的工作過程中，色同步門16把色度信號的色同步分量傳送到ACC單元18，單元18比較色同步幅度與基準(zhǔn)電平并提供控制信號到放大器12的控制輸入端14，以調(diào)節(jié)色度信號幅度到預(yù)定電平。以此方式，根據(jù)相對于基準(zhǔn)或所需電平的色同步幅度，總色度信號C的幅度被穩(wěn)定在可預(yù)測的值上。如果色同步幅度增大，放大器12的增益下降，以穩(wěn)定平均色度信號電平。在ACC單元18中可包括一些平滑處理，以防止選通的色同步信號上可能出現(xiàn)的噪聲干擾已調(diào)整的色度輸出信號電平。
在色度過載電路20的工作過程中，在有效視頻跟蹤間隔期間門26打開，反之則閉合，從而僅讓色度傳送到平均檢測器28。ACC檢測器18是用于根據(jù)選通的色同步幅度調(diào)整色度電平。過載檢測器28用于根據(jù)平均色度電平(而不是色同步電平)提供色度過載限制。為此，平均檢測器28的時間常數(shù)以及增益控制放大器22的增益特性決定過載電路的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。在這種類型的一些系統(tǒng)中，檢測器28的中擊和延遲時間常數(shù)可能是不同的，檢測器28可以作為所謂的“漏峰檢測器”實現(xiàn)(例如，帶有快速充電電路的電容器和并聯(lián)連接的“漏”電阻器以提供較慢的放大時間常數(shù))。
在此認(rèn)識到常規(guī)色度過載電路存在問題且該問題涉及所牽涉的較長時間常數(shù)。該響應(yīng)時間常數(shù)通常在視頻場的量級(例如，17毫秒)。這一長的時間常數(shù)可能減少與調(diào)制色度增益相關(guān)的可視衍生物。另一方面，還可能使色度信號的瞬時電平超過所需電平，導(dǎo)致所顯示圖像的色度不希望地過飽和。
正如所認(rèn)識到的，該問題的另一方面是，在模擬系統(tǒng)中，提供“頭部空間”來容納可能引起過飽和的這一瞬時色度信號狀態(tài)。相反地，在數(shù)字系統(tǒng)中，例如，支持CCIR 601/656接口標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)，在系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)下提供很少“頭部空間”給色度。舉例來說，在數(shù)字系統(tǒng)中，色度分量(例如，U和V矢量分量)超過8比特(或有時10比特)的色度電平范圍可能是“硬限制的”(例如通過截斷)。由于解調(diào)之后可分別限制U和V，色度過載可在顯示的圖像中產(chǎn)生不需要的色彩偏移。
在圖2A和2B的相量(矢量)圖中也示出了色度過載問題。在圖2A中，示出了用方格200表示的超過所需飽和極限的過飽和色度矢量C，以及它的構(gòu)成分量矢量U和V。圖2B示出了限制構(gòu)成矢量的效果。在該實例中，限制矢量U的大小為U-LIM(“LIM”是限幅值)，矢量V未受限制。所得到的矢量C-LIM具有不同的角度，因此與矢量C的色彩不同。這可能導(dǎo)致對人眼而言特別令人討厭的圖像衍生物。例如，想象在最大飽和區(qū)域，一個過飽和的藍(lán)色對象變成了紅色。
本發(fā)明的目的是通過逐個像素地控制色度飽和，提供一種對一個以上的矢量分量過載時的色度色彩偏移問題的解決方案。該方法有益地防止了過飽和像素上的色彩偏移。此外，該解決方案還消除了(不僅僅是減少)與調(diào)制色度增益的較大時間常數(shù)方法相關(guān)的可視衍生物。
按照本發(fā)明的色度過載保護(hù)設(shè)備包括用于提供具有第一和第二矢量分量的色度信號的信號源；分離器，耦合到所述信號源，用于分離所述色度信號為第一矢量分量和第二矢量分量；以及過載補償器，耦合到分離器，用于按照色度信號的所檢測飽和電平的給定函數(shù)，逐個像素地調(diào)節(jié)第一和第二矢量分量的大小。
在本發(fā)明原理的所希望應(yīng)用中，補償器包括響應(yīng)第一和第二矢量分量的飽和度計算器，用于提供飽和度指示信號；響應(yīng)飽和度指示信號的轉(zhuǎn)換器，用于提供增益控制信號；以及增益控制裝置，響應(yīng)增益控制信號，用于同時調(diào)節(jié)第一信號路徑中第一矢量分量和第二信號路徑中第二矢量分量的增益。
本發(fā)明用于提供色度過載保護(hù)的方法包括下列步驟提供具有第一和第二矢量分量的色度信號；分離色度信號為第一矢量分量和第二矢量分量；以及按照色度信號的所檢測飽和電平的給定函數(shù)，逐個像素地調(diào)節(jié)第一和第二矢量分量的大小。
附圖中示出了本發(fā)明的前述的和其他的特征，其中圖1是常規(guī)色度過載系統(tǒng)的方框圖；圖2A和2B是表示在色度過載條件下圖1系統(tǒng)的色彩效果的矢量圖；圖3是實施本發(fā)明的色度過載保護(hù)設(shè)備的簡化方框圖；圖4是表示在色度過載條件下圖3設(shè)備的操作的矢量圖；圖5是圖3設(shè)備及實施本發(fā)明其他方面的詳細(xì)電路圖；以及圖6A、6B、7A及7B是表示圖5設(shè)備某些單元的示范性信號傳輸特性的示圖。
按照本發(fā)明的一個方面，逐個像素地控制飽和度包括逐個像素地測量飽和度。按照本發(fā)明，最好通過處理分離的或“解調(diào)的”色度矢量分量實現(xiàn)該計算。因此，在圖3的本發(fā)明實施例中，在進(jìn)行了ACC單元10中的ACC處理之后，在進(jìn)行色度過載保護(hù)電路50中的處理之前，用色度分離器30將色度信號分為分量矢量U和V。
圖3中的色度過載保護(hù)電路50(用虛線標(biāo)出)包括一對輸入端52和54，用于接收色度信號分離器30提供的色度信號C的分離矢量分量U和V。分離器30可以是常規(guī)設(shè)計。例如，分離器30可以通過在四倍彩色副載波頻率下提供色度信號樣本并分離出奇樣本以提供矢量分量U和取得偶樣本以提供矢量分量V來實現(xiàn)。輸入端52和54通過各具有公共連接的相應(yīng)增益控制輸入端64和66的相應(yīng)可控增益放大器60和62，耦合到相應(yīng)的輸出端56和58，并耦合到增益特性控制電路72的輸出端70。增益特性控制電路72的輸入端74耦合到飽和度計算器78的輸出端，飽和度計算器78具有耦合到色度分離器30相應(yīng)輸出端54和52的相應(yīng)輸入端80和82，用于接收分離的色度信號分量矢量U和V中相應(yīng)的一個。
工作時，飽和度計算器78確定色度信號分離器30的輸出的矢量大小。由于分量矢量U和V是正交相關(guān)的，通過生成分量矢量U和V的平方和的平方根或其適當(dāng)近似(如后所述)，可從兩個其兩個矢量分量重構(gòu)色度矢量C。最終得到的矢量用于控制U和V信道的增益(即，放大器60和62的增益)。由于兩個信道的增益是相同的，降低了飽和度且不影響色彩。幅度影響增益的方式由增益特性控制電路72的傳輸特性決定?？蓪⒃搨鬏斕匦栽O(shè)計為以下示出并描述的硬削波或軟削波特性。
圖4A和4B進(jìn)一步示出了逐像素色度過載電路是如何減小過飽和的矢量C而不改變色彩。根據(jù)ACC單元10提供的矢量C的幅度，等同地調(diào)整U和V信道的增益以產(chǎn)生改善的U’和V’矢量分量。圖4A中的虛線圓圈400表示所需飽和電平的聚焦。如圖所示，色度矢量C大于所需飽和電平，并導(dǎo)致其矢量分量U超過所需飽和電平。示出分量V在所需范圍內(nèi)。圖4B示出以相等比例(利用單元72的增益特性)減小U和V矢量的幅度而形成減小的矢量U’和V’如何導(dǎo)致其矢量和(C’)減小到虛線圓圈400表示的所需極限值。
圖5示出圖3的色度過載設(shè)備的詳細(xì)數(shù)字實施例。在該實施例中，假定抽樣時鐘頻率為彩色副載波的四倍。除非用星號(*)表示，所采用的算法是2的補碼。對于星號表示的信號，算法慣例是直接(無符號)的二進(jìn)制。所有大于1比特的信號線或總線的比特寬度用通過該線路畫出的表示位數(shù)的數(shù)字寫在其上的斜散列符號(\)表示。如果不存在散列符號，則該信號線是一比特寬。以兩種方式表示信號延遲值。對于包含Z變換表示的方框，延遲等于與Z變換指數(shù)的大小相等的時鐘周期數(shù)。對于右下角具有其中帶有數(shù)字的方塊的方框，數(shù)字表示時鐘周期中的處理延遲。如果未在電路部件上表示延遲，則與時鐘周期相比可忽略部件處理時間。
在圖5中，輸入端52和54及輸出端56和58采用與圖3實例相同的指示符。如同在前一實例中，端子52和54用于從分離器30接收色度矢量分量Uin和Vin，輸出端56和58表示提供經(jīng)處理的輸出信號Uout和Vout的過載電路的輸出。
前一實例的可控增益放大器60和62在本發(fā)明的該實例中用兩個數(shù)字信號處理信道或路徑510和520實現(xiàn)，它們控制U和V色度分量的幅度。路徑510包括乘法器512，其輸入端通過一個2時鐘延遲單元511連接到輸入端52，用于接收色度矢量U，其輸出端經(jīng)由限幅器513和對稱舍入單元514耦合到輸出端56。路徑520與路徑510相同，包括從輸入端54到輸出端58串聯(lián)連接的延遲單元521、乘法器522、限幅器523和對稱舍入單元524。
在U和V信號路徑中包括對稱舍入單元確保輸出信號從18比特到12比特的比特減少在色度矢量Uout和Vout中不會引入任何明顯的“舍入誤差”。這種“舍入誤差”可在輸出信號中產(chǎn)生DC偏移，因此可能產(chǎn)生不希望的色彩偏移。此處所采用的對稱舍入防止由于舍入帶來的任何明顯的誤差和任何明顯的色彩偏移。例如，在1997年12月9日授權(quán)的Hague等人的美國專利5,696,710中描述了適用于本發(fā)明的為確保限幅期間色彩完整的舍入電路。
增益控制電路530(用虛線圈出)提供對U和V信號處理路徑510和520中乘法器512和522增益的控制，該增益控制電路包括幅度近似單元78A和查找表單元72A，它們與前述實例中的單元78和72提供類似的功能，并且還提供本發(fā)明的附加特征。
在電路530中，幅度近似(或算術(shù)處理)單元78A具有輸入端80和82，用于接收前述分離器30提供的分量矢量信號V和U，并具有輸出端76，經(jīng)限幅器79耦合到查找表單元72A的控制或地址輸入端，查找表單元72A的輸出端經(jīng)禁止門503耦合到增益控制輸出端502。輸出端502將查找表單元72A中產(chǎn)生的增益控制信號G共同施加到U和V信號處理路徑510和520中的乘法器512和522。由于將同樣的信號施加到兩個乘法器，以與增益控制信號G的任何變化成正比地控制兩個色度矢量U和V的幅度。
增益控制電路530的剩余部分包括多個附加輸入端541-544和“或”門550，便于實現(xiàn)本發(fā)明的其他特征，包括選擇限幅特性和輸出信號禁止。例如，輸入端541用于從合適的信源接收表選擇信號、TS，并將表選擇信號施加到查找表單元72A的表選擇輸入端505。典型的表包括對提供給乘法器的增益控制信號進(jìn)行“硬”削波或限幅和“軟”削波或限幅的表。這些表的實例以下參照圖6B和7B討論。
輸入端542、543和544用于接收禁止輸入信號，禁止輸入信號用于在某些環(huán)境下將色度分量矢量處理信道510的增益減小到0。具體地，這些輸入信號可包括，“色偏離(color off)”控制信號，“同步門”指示信號和“消色器”輸入信號并經(jīng)“或”門550施加到門503的禁止輸入端，從而如果存在任何信號，門503將被禁止，因此色度矢量分量路徑510中的乘法器512和522將把路徑增益減小到0，由此防止矢量U和V到達(dá)輸出端56和58。
在本發(fā)明的討論中，注意到可利用下述函數(shù)精確地計算飽和值，即矢量C等于分量矢量U和V的平方和的平方根或其適當(dāng)?shù)慕?。在圖5的實例中，利用公式來近似幅值，公式中的“a”和“b”對應(yīng)于色度信號C的U和V矢量分量。在該公式中，通過求出“a”和“b”的幅值與“a”和“b”的絕對值的最大值(MAX)之和，并該和數(shù)乘以3并將結(jié)果除以256，得到C。對于所示出的12比特輸入信號，及所選擇的比例因子，這產(chǎn)生一7比特的輸出信號，該信號由限幅器79減小為6比特。有益地是，已發(fā)現(xiàn)所采用的近似精確地在大約12％以內(nèi)，而且與平方和的平方要的精確計算相比是很容易實現(xiàn)的。如后文所討論的，增益因子3/128用于將幅值近似映射到增益特性塊72A的有效范圍中。
將會注意到限幅器79提供的比特減少不是確實需要的，因為單元76的輸出很可能達(dá)到全部7比特。這是因為色度分量一定程度上是相關(guān)的，且不可能對于任何給定像素二者均同時達(dá)到最大。因此，可去除限幅器79。然而，從良好的工程實踐出發(fā)，可將其包括在內(nèi)，以確保色度決不會、甚至不太可能經(jīng)歷系統(tǒng)中的過載。
如上所述，用查找表實現(xiàn)增益特性塊72A。提供兩個表，一個“硬削波”或“硬限幅”表和一個“軟削波”或“軟限幅”表。如上所述，由施加到輸入端541的表選擇信號TS來進(jìn)行表的選擇。該控制可由實施所述色度過載保護(hù)器的設(shè)備的用戶提供，但是實際上，查找表的選擇更有可能根據(jù)所設(shè)計的特定電視設(shè)備的需要，由制造商來提供。例如，一個表也許更適合于電視設(shè)備中信號源選擇之前的色度處理，一個不同的表則可能更適合于關(guān)于在輸入信號選擇之后進(jìn)行的色度信號處理的選擇。
圖6A,6B,7A和7B進(jìn)一步提供了關(guān)于查找表單元72A的細(xì)節(jié)。查找表為“飽和輸入/增益輸出”表對于理解本發(fā)明的這一方面是有幫助的。為了產(chǎn)生查找表的項目，首先確定所需的“飽和輸入/飽和輸出”特性。然后可利用下列關(guān)系式將這些特性轉(zhuǎn)換為所要求的查找表項目增益=(飽和輸出)/(飽和輸入)現(xiàn)在參見圖6A的飽和表(硬削波情形)，以色度信號矢量的比特表示縱軸和橫軸。從0到1023比特所需響應(yīng)是線性的(無所需限幅或削波)，之后它被限幅為1023比特的輸出。對于所采用的系統(tǒng)增益和比例因子，該限幅點發(fā)生在100％飽和電平(見圖4B中的聚焦點400)并且這是分量矢量Uout和Vout的總矢量和的最大值。因此，在一比特減少的留量達(dá)7比特之后，可將圖6B的“增益輸出/飽和輸入”表構(gòu)造為提供高達(dá)極限電平的恒定值(127比特)的增益輸出電平和之后的下降電平。對于“軟削波”的情形圖7A和7B是類似的，除了在這種情況下飽和輸入相對飽和輸出的表是由兩個線段分段近似達(dá)到限幅值之外，第一段具有限幅值以下線性響應(yīng)的線性斜率，第二段的斜率為該斜率的一半，開始初期限幅過程。如圖7B所示，這導(dǎo)致查找表比前一實例更早開始減小增益。利用軟削波特性(圖7B)有利地允許增大進(jìn)入色度過載電路的標(biāo)稱色度電平。(注意這可通過自動色度控制ACC設(shè)定來加以調(diào)整)。這改善了飽和視頻的外部特征而不降低正?；蜻^飽和視頻。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，雖然依據(jù)示范實施例描述了本發(fā)明，但在不偏離本發(fā)明實質(zhì)的情況下對所公開的實施例可作出各種修改和變更。因此，應(yīng)理解本發(fā)明將覆蓋落入本發(fā)明實際范圍和精神內(nèi)的所有修改。
權(quán)利要求
1．一種色度過載保護(hù)設(shè)備，包括用于提供具有第一和第二矢量分量的色度信號的信號源(10)；分離器(30)，耦合到所述信號源，用于分離所述色度信號為第一矢量分量(u)和第二矢量分量(v)；以及過載補償器(50)，耦合到分離器，用于作為色度信號的所檢測飽和電平的函數(shù)調(diào)整所述第一和第二矢量分量(u,v)的幅度，其特征在于所述過載補償器按照所述檢測的飽和電平的函數(shù)逐個像素地調(diào)節(jié)矢量分量。
2．如權(quán)利要求1所述的色度過載保護(hù)設(shè)備，其特征在于所述過載補償器包括飽和度計算器(78)，響應(yīng)所述第一和第二矢量分量(u,v)，提供飽和度指示信號；變換器(530)，響應(yīng)所述飽和度指示信號，提供增益控制信號；以及增益控制裝置(60,62)，響應(yīng)所述增益控制信號，同時調(diào)整第一信號路徑中的所述第一矢量分量(u)的增益和第二信號路徑中的所述第二矢量分量(v)的增益。
3．如權(quán)利要求2所述的色度過載保護(hù)設(shè)備，其特征在于所述變換器(530)包括裝置(72A)，用于變比和有選擇地施加硬限幅或軟限幅到所述飽和度指示信號，以提供所述增益控制信號。
4．如權(quán)利要求3所述的色度過載保護(hù)設(shè)備，其特征在于所述增益控制裝置包括舍入裝置(514,524)，用于對稱地舍入每一信號路徑的增益調(diào)整矢量分量。
5．一種用于提供色度過載保護(hù)的方法，包括步驟提供具有第一和第二矢量分量的色度信號；將所述色度信號分離為所述第一矢量分量和所述第二矢量分量；以及作為色度信號的所檢測飽和電平的給定函數(shù)調(diào)整所述第一和第二矢量分量的幅度，其特征在于逐個像素地調(diào)節(jié)矢量分量的幅度。
6．如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述調(diào)整步驟包括從所述第一和第二矢量分量產(chǎn)生飽和度指示信號；將所述飽和度指示信號變換為增益控制信號；以及按照所述增益控制信號調(diào)整第一信號路徑中所述第一矢量分量的幅度和第二信號路徑中所述第二矢量分量的幅度
7．如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述調(diào)整步驟包括將所述第一信號路徑中的所述第一矢量分量乘以所述增益控制信號并對稱地對結(jié)果進(jìn)行舍入；以及將所述第二信號路徑中的所述第二矢量分量乘以所述增益控制信號并對稱地對結(jié)果進(jìn)行舍入。
8．如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于在將所述色度信號分離為所述矢量分量之前穩(wěn)定所述色度信號的平均幅度。
全文摘要
色度信號C被分離(30)為分量矢量U和V并經(jīng)各自包括一可控增益放大器(60,62)的相應(yīng)路徑耦合到各輸出端(56,58)。色度過載保護(hù)單元(50)包括飽和度計算器(78),確定矢量分量的飽和度并提供飽和度指示信號到控制放大器的增益的增益特性單元(72),以逐像素地作為飽和度指示信號的給定函數(shù)按比例限制矢量分量的幅度。在數(shù)字實施例中,用輸出被對稱舍入(514,524)的乘法器(512,522)實現(xiàn)放大器,通過近似為矢量分量平方和的平方根計算飽和度(78A),采用多個查找表(72A)產(chǎn)生增益控制信號G。
文檔編號H03G3/20GK1312656SQ0011846
公開日2001年9月12日 申請日期2000年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月30日
發(fā)明者馬克·F·拉姆賴克, 馬克·R·朱卡斯, 羅納德·T·基恩 申請人:湯姆森特許公司