專利名稱:視頻信號處理裝置的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于一種視頻信號處理裝置，它可以有效地消除噪音而不會降低圖象的質(zhì)量，這種裝置用于視頻信號磁帶記錄器或與其類似的裝置上。
近來，在普遍使用的消費(fèi)用視頻信號磁帶記錄器中，人們使用高頻帶信號的低水平噪音消除裝置和利用線性相關(guān)的噪音消除裝置來消除混入再現(xiàn)信號中的噪音部分。
下面，對已經(jīng)廣泛得到使用的高頻帶噪音消除裝置進(jìn)行描述。圖1(a)是這種裝置的方框圖，其中，序號12代表一個再現(xiàn)和已解調(diào)亮度信號的輸入信號，序號13代表一個高通濾波器，序號14代表一個限幅器，序號15代表一個減法器以及序號16代表一個已降低噪音的信號輸出端。
在這里所包括噪音消除電路的工作過程如下高通濾波器13具有一種如圖1(b)中所指出的頻率特性，例如，當(dāng)水平頻率fH呈橫座標(biāo)特征，噪音和高頻三十信號被引入到濾波器13的情況下。限幅器14通常由半導(dǎo)體非線性元件組成，其輸入-輸出特性如圖2所示。因此，當(dāng)限幅器的輸入分量是一個具有小振幅的噪音時，該分量通過限幅器并且被減法器去掉，從輸入端12到輸出端14，該裝置的頻率特性變成了一個如圖1(b)中虛線所示的特性曲線，這樣，便消除了高頻帶的噪音。然后，當(dāng)具有一個寬振幅的高頻帶信號被包括在輸入信號中時，由于其振幅要受到限幅器的限制，所以在該信號被傳遞到輸出端16時，其振幅會從輸出端12的水平上大大降低。
同時，對于一個消費(fèi)用視頻信號磁帶記錄器，由于只是將噪音消除裝置用于圖1所示的高頻帶所得到的S/N比率仍是不夠的，所以同時使用了一個利用線性相關(guān)的噪音消除裝置。下面進(jìn)一步參照附圖，對利用線性相關(guān)的常規(guī)噪音消除裝置進(jìn)行一下描述。圖3是關(guān)于利用線性相關(guān)的常規(guī)噪音消除裝置的一張簡略結(jié)構(gòu)圖，其中，序號1是代表再現(xiàn)的FM(調(diào)頻)亮度信號的一個輸入端，序號4代表一個石英玻璃延遲線用以將調(diào)頻信號延遲1H，序號5和6代表解調(diào)器，用于頻率解調(diào)，序號7代表一個減法器，用于在已解調(diào)的亮度信號和1H延遲亮度信號之間獲得一個差值，序號8代表一個衰減器，用于將減法器7的輸出信號衰減大約1/2，序號9代表一個限幅器，用以限制信號的振幅，序號10代表一個加法器，用于增加解調(diào)器5的輸出信號和限幅器9的輸出信號，序號11代表一個信號輸出端。這種噪音消除裝置的一個例子在日本一份未經(jīng)過實質(zhì)審查的專利申請中進(jìn)行了描述，該申請的公開號為55-80966。
這種利用線性相關(guān)的噪音消除裝置，其工作過程如下在圖3中，從輸入端到限幅器9的線相對于已解調(diào)信號具有一種所謂c形狀梳齒線濾波器特性，當(dāng)縱向頻率fV采用橫向座標(biāo)軸時(美國國家電視系統(tǒng)委員會系統(tǒng)的情況)，頻率特性變成如圖3(b)中實線所示的情況)，(其中cy/ph是指周/圖象高度)，沒有線性相關(guān)的噪音和信號被輸入進(jìn)限幅器9內(nèi)。這里，限幅器9的輸出特性如圖2所示。因此，當(dāng)被輸入進(jìn)限幅器9的不具備線性相關(guān)的分量只具有一個小振幅噪音時，該分量會直接通過限幅器。這樣，從輸入端1至輸出端11的裝置相對于解調(diào)信號具有所謂Y形狀梳齒線濾波器的特性，因此，便消除了如圖3(b)的虛線所示的縱向頻率大約為525/4(cY/ph)的噪音。但是，如果輸入到限幅器的分量是一個具有寬振幅的無線性相關(guān)信號，由于振幅受到限幅器的限制，從解調(diào)器5中出來的輸出信號幾乎是在沒有被消除的情況下直接輸送到輸出端11。這樣，圖象的縱向分辯率沒有明顯的降低。
盡管如此，由于這樣構(gòu)成的常規(guī)高頻帶噪音消除裝置和利用線性相關(guān)的噪音消除裝置是由模擬電路組成的，因此需要很多元件組成這些電路，視頻信號磁帶記錄器的結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜。除此之外，由于限幅器的工作過程要依賴半導(dǎo)體的非線性特性，因此很難實現(xiàn)一種理想的特性，并且如果輸入信號的振幅很寬，限幅器的輸出振幅不會變?yōu)?，因此，圖象的分辯率可能會或多或少有所降低。另外，在利用線性相關(guān)的噪音消除器中，由于1H延遲是利用了石英玻璃延遲線以(FM)調(diào)頻信號的形式實現(xiàn)的，因此需要2個解調(diào)器，由于石英玻璃延遲線的頻率特性不穩(wěn)定或者延遲時間不準(zhǔn)確，所以噪音消除效果可能并不理想。而要減小這種裝置的體積也是困難的。
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的這種問題，并且要提供一種視頻信號處理裝置，這種裝置能夠獲得一種極佳的噪音消除效果，而不會對信號造成任何損失，同時該發(fā)明簡化了裝置的結(jié)構(gòu)并且降低了制造成本。
本發(fā)明的一個視頻信號處理裝置包括一個數(shù)字濾波器，用以通過一個數(shù)字化輸入亮度信號的特定頻帶，以及一個非線性處理電路，用以非線性地處理數(shù)字濾波器的輸出，其中，濾波的通頻帶分量根據(jù)非線性處理電路的輸入信號振幅受到抑制或加重。
例如，該裝置包括一個高通濾波器，用以通過已數(shù)字化輸入亮度信號的高頻帶分量，一個非線性處理裝置，用以非線性地處理高通濾波器的輸出，以及一個算術(shù)電路，用以將輸入亮度信號同非線性處理電路的輸出信號相混合。
由于所有這些元件都是由數(shù)字電路組成的，因此它們可以作為一個單電路片半導(dǎo)體裝置加以實現(xiàn)，這樣，可以簡化裝置，易于調(diào)節(jié)并且成本低。
另外，由于處理過程是以數(shù)字信號的方式實現(xiàn)的，因此可以很容易地調(diào)整非線性處理電路的輸入-輸出特性。因此，靠在一個小的非線性處理電路的輸入信號的振幅范圍內(nèi)對通過濾波器的輸入亮度信號的頻帶分量進(jìn)行抑制，由此確定這種特性的方法，可以在不降低信號質(zhì)量的情況下降低噪音。另外，如果非線性處理電路的輸入信號振幅要大于一個特定的水平，用加重通過濾波器的頻率分量的方式來確定非線性輸入-輸出特性，便可以使圖象變得清晰，而不會加重噪音。還有，靠確定非線性輸入-輸出特性從而在當(dāng)輸入信號小于一個特定的水平時對通過濾波器的頻率分量進(jìn)行抑制，并且當(dāng)輸入信號振幅的范圍處于相反的情況下，對其進(jìn)行加重的方式，可以抑制噪音而同時使信號圖象變得清晰。在這些非線性處理電路中，任何非線性輸入-輸出特性都可以十分容易地加以實現(xiàn)。例如，通過只讀存儲器(ROM)。或者，靠設(shè)計非線性處理電路，使之可以從若干種輸入-輸出特性中選擇一個最理想的特性，這樣，便可以根據(jù)圖象的特性，S/N的比率或用戶的口味對噪音的減小程度和圖象的分辨率進(jìn)行自由調(diào)整。
另外，當(dāng)濾波器設(shè)計成一個帶通型式時，中程(在范圍內(nèi)最易阻礙視覺)噪音可以消除。
或者，靠利用存儲器將信號延遲一個水平掃描期，從而濾波器與縱向頻率相關(guān)，與常規(guī)的利用石英玻璃延遲性的線性相關(guān)的噪音清除裝置相比，這種裝置可以克服很多石英玻璃延遲線的缺陷并且可以獲得一種極佳的噪音消除效果，而且僅在單線上需要解調(diào)器。
在一種更先進(jìn)形式的實施例中，該裝置的組成可以包括若干個濾波裝置，用以將數(shù)字化輸入亮度信號的水平和豎直兩維頻率區(qū)域分為若干個兩維頻率區(qū)域，非線性處理裝置，用以非線性地處理若干個濾波器的輸出，以及一個混合裝置用以混合非線性處理裝置的輸出。
例如，將水平和豎直的兩維頻率范圍分為四個頻帶，則這些信號分別進(jìn)行非線性處理并且加以合成。通過這種合成，可以得到幾種更佳的效果。這就是說，由于均勻分布在所有頻道上的噪音被頻率分為若干個小部分并且被引入非線性處理電路，在每一個非線性處理電路中，可以將噪音和信號順利分離，只有噪音受到抑制而不會損害靈敏的亮度變化。另外，當(dāng)噪音疊加在信號上時，利用非線性地對頻三十進(jìn)行分別處理，(包括信號頻譜和其他頻三十)，靠有效地消除疊加噪音，便可以獲得一幅十分優(yōu)美的圖象。依靠單獨(dú)劃分的頻帶信號，噪音性質(zhì)和圖象特性，可以確定出最佳的非線性特性，利用將圖象信號質(zhì)量的降低保持在最低的水平，便可以獲得一個最佳的噪音消除效果。
此時，利用在補(bǔ)償一個濾波器時所得到的延遲一個水平掃描周期的信號，下降可以得到補(bǔ)償。由于這種下降補(bǔ)償作用是在對再現(xiàn)的調(diào)頻信號進(jìn)行解調(diào)后以數(shù)字信號的形式進(jìn)行下降的，所以，由于在調(diào)頻信號的相變化點處的不連續(xù)而產(chǎn)生的噪音(如熟知的常規(guī)形況)便不會出現(xiàn)?；蛘?，由于數(shù)據(jù)是以數(shù)字信號的形式延遲的，因此可以順利地補(bǔ)償超過1H的一種長周期下降。由于振幅的下降或頻帶的減少(如熟知的常規(guī)情況)，不會損害圖象的質(zhì)量。
圖1(a)和圖1(b)分別是一個常規(guī)高頻帶噪音消除裝置的一個方塊圖和一個頻率特性圖;
圖2是一個在常規(guī)噪音消除裝置中的一個限幅器的輸入-輸出特性圖;
圖3(a)和圖3(b)分別是用于線性相關(guān)的一個常規(guī)噪音消除裝置的一個方塊圖和一個頻率特性圖;
圖4是關(guān)于本發(fā)明第一實施例的一個視頻信號處理裝置的一個方塊圖;
圖5和圖6(a)，圖6(b)是說明本發(fā)明第一實施例的工作過程圖;
圖7(a)至圖7(f)是關(guān)于本發(fā)明第一到第四實施例中非線性處理電路的輸入-輸出特性圖;
圖8是關(guān)于非線性處理電路的一個實施例的一個方塊圖，該電路在本發(fā)明的視頻信號處理裝置中具有若干非線性輸入-輸出特性。
圖9是關(guān)于本發(fā)明第二實施例的一個視頻信號處理裝置的一個方塊圖;
圖10是關(guān)于本發(fā)明第三實施例的一個視頻信號處理裝置的一個方塊圖;
圖11和圖12是頻率特性圖，它用以說明本發(fā)明第三實施例的工作過程;
圖13是關(guān)于本發(fā)明第四實施例的一個視頻信號處理裝置的一個方塊圖;
圖14是關(guān)于本發(fā)明第五實施例的一個視頻信號處理裝置的一個方塊圖;
圖15(a)至圖15(h)和圖16是頻率特性圖，它用以說明本發(fā)明第五實施例的工作過程;
圖17(a)和圖17(b)是關(guān)于本發(fā)明第五和第六實施例的非線性處理電路的輸入-輸出特性圖;
圖18是關(guān)于本發(fā)明第六實施例的一個視頻信號處理裝置的一個方塊圖。
圖4是關(guān)于本發(fā)明第一實施例的一個視頻信號處理裝置的一個電路方塊圖，其中，序號117是亮度信號的一個輸入端，該亮度信號從視頻信號磁三十記錄器上再現(xiàn)并經(jīng)過頻率解調(diào)后被數(shù)字化，而118代表一個濾波器。該濾波器118是由一個延遲電路119(其滯后時間為D)，一個運(yùn)算電路120和一個系數(shù)電路121組成。序號122代表一個非線性處理電路，它用于非線性地處理來自濾波器118的輸出信號，123代表一個加法器，它將非線性處理電路122的輸出信號和輸入亮度信號相加，而124是一個輸出端，它用于傳輸處理過的信號。
其工作過程如下。首先，將描述該實施例的基本工作過程。例如當(dāng)延遲時間D大約是14毫微秒，而饋入給輸入端117的亮度信號更高的頻帶部分被允許通過并輸入給非線性處理電路122時，濾波器118的頻率特性是一個高頻帶型特性曲線，正如圖5所示。假設(shè)，非線性處理電路122的輸入-輸出特性如在圖6(a)中實線C所表明的那樣，那么饋入給輸入端117的信號直接出現(xiàn)在圖4中的輸出端124上，并且從輸入端117到輸出端124的線性頻率特性成為如圖6(b)中實線Q所示出的那樣。另一方面，當(dāng)非線性處理電路122的輸入-輸出特性由圖6(a)中實線A所表明時，那么該裝置的頻率特性就成為如圖6(b)中實線O所示出的那樣。它呈一個低頻帶型特性。相反，當(dāng)非線性處理電路122的輸入-輸出特性由圖6(a)中實線E所示出時，那么該裝置的頻率特性將明顯呈高頻帶如圖6(b)中實線S所表明的那樣。同樣，當(dāng)輸入-輸出特性由圖6(a)中實線B和D所示出時，那么該裝置的頻率特性就成為如圖6(b)中實線P和R所表明的那樣。這就是該實施例的基本工作過程。
現(xiàn)在假設(shè)含有噪音的再現(xiàn)亮度信號被饋入給輸入端117，那么高頻三十分量被濾波器118分離，并且饋入給非線性處理電路122。這里，一般的情況下，由于亮度信號主要包括低頻分量，所以，被分離的高頻三十分量(它具有一個小振幅)幾乎可以被認(rèn)為是噪音。因此，當(dāng)非線性處理電路122的輸入-輸出特性被確定時，如圖7(a)所示，如果由圖4中濾波器118獲得的高頻帶分量低于水平線并可以被認(rèn)為是噪音，那么該裝置的頻率特性就成為如圖6中實線O所表示的那樣，這樣就可以消除高頻帶中的噪音。而如果由濾波器118獲得的高頻三十分量較大并且可以作為信號，那么該裝置的頻率特性就成為如圖6(b)中實線Q所示的那樣，因此該信號可以不被損壞。然而，在圖7(a)的非線性特性中，如果輸入足夠大的話，則輸出不能為0，分辨率可以或多或少地降低。因此，有可能改進(jìn)非線性特性，如圖7(b)所示。從而信號的分辨率將不被降低。然而，在該特性中，由于奇異阻抗是由不連續(xù)部分引起的，(該不連續(xù)部分取決于臨界水平線)，因此它在臨界區(qū)域內(nèi)是間斷的。如圖7(c)所示，在這種情況下，通過建立一個沒有間斷點的特性是能夠?qū)⑦@種特性被改進(jìn)的。以這種方法，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整非線性特征，噪音能夠被抑制而不會損壞信號。另一方面調(diào)整非線性輸入-輸出特性也是可能的，如圖7(d)所示)。在這種情況下，當(dāng)通過濾波器118的信號振幅較大并可作為信號時，該裝置的頻率特性明顯呈高頻帶，如圖6(b)中實線S所指出的那樣?；蛘弋?dāng)通過濾波器118的信號的振幅較小并可作為噪音時，該裝置的頻率特性就成為圖6(b)中實線Q所示出的那樣，因此，噪音并不顯著。這樣，沒有加重的噪音，圖象的分辨率就能夠提高?；蛘弋?dāng)使用如圖7(e)所示的非線性特性時，圖象的分辯率甚至在一個具有比較小的振幅的信號中被進(jìn)一步提高?；蛘?，確定如圖7(f)所示的非線性特性也是可能的。從以上的說明看來，在這種情況下，噪音被在圖6(b)中實線O所示的頻率特性抑制，其信號明顯呈高頻帶如圖6(b)中實線S所示的特性。
同時，關(guān)于具有各種如圖7所示的非線性輸入-輸出特性的非線性處理電路122的結(jié)構(gòu)，可以通過取決于單獨(dú)特性的邏輯電路的適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合，可對各種元件進(jìn)行考慮，并且通過使用只讀存儲器(在下文中稱為只讀存儲器)，可以非常容易地獲得各種非線性特性。這就是說，使用非線性處理電路122的輸入信號作為存儲器的號碼，通過組合(這樣相應(yīng)于存儲器號碼的存儲內(nèi)容作為輸出信號被輸出)和存儲器額定的輸入-輸出特性，可以獲得一個理想的特性。
在本實施例中，由于處理過程是以數(shù)字信號的形式實現(xiàn)的，非線性處理電路的輸入-輸出特性就能很容易地進(jìn)行調(diào)整，尤其是通過使用只讀存儲器，該特性能夠很容易被實現(xiàn)。因此，對于抑制噪音而不損壞信號的特性，改進(jìn)圖象的分辨率而不加重噪音的特性，甚至可以在抑制噪音的同時也改進(jìn)圖象的分辨率的特性，以上這些特性都能夠很容易地被實現(xiàn)。除此之外，由于全部處理過程是以數(shù)字信號的形式實現(xiàn)的，因此所有的元件在一個單電路片半導(dǎo)體裝置上形成，所以，可以實現(xiàn)該裝置的尺寸和制造成本的減小。這樣，就可以產(chǎn)生許多優(yōu)點。
順便說說，在以上實施例中，非線性處理電路122具有一個非線性輸入-輸出特性，但是它也可能具有若干個非線性輸入-輸出特性，并且有選擇地使用其中的一個。這項技術(shù)參照圖8加以說明，其中，序號129代表一個非線性處理電路，127和128是非線性處理電路129的輸入端和輸出端。該非線性處理電路129包括非線性輸入/輸出電路130a到130n，這些電路具有不同的非線性輸入-輸出特性，一個開關(guān)131可以對這些非線性輸入/輸出電路130a到130n進(jìn)行選擇它們中的任何一個，并且該開關(guān)131由一個控制信號132控制。這個非線性處理電路129能夠很容易地被實現(xiàn)，例如可以在一個只讀存儲器的一個存儲表內(nèi)通過存儲若干種輸入-輸出特性并且選擇它們中的一個特性。通過使用這種非線性處理電路129，便可以根據(jù)圖象的性質(zhì)，S/N的比率或用戶的口味對頻率校正和噪音的減小程度進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)解。
圖9是關(guān)于本發(fā)明第二實施例中一個視頻信號處理裝置的一個電路方塊圖，其中，序號133代表一個濾波器，它包括延遲電路134a和134b(其每個的延遲時間為D)，系數(shù)電路135a到135c(其系數(shù)分別為 1/4 ， 1/2 和 1/4 )和一個加法器136，序號137代表一個延遲電路(其延遲時間D)，它用于輸入亮度信號傳輸給加法器123。
在該第二實施例中，與圖4中第一實施例的不同之處在于濾波器133的構(gòu)成和延遲電路137的引入。在該頻率范圍內(nèi)，濾波器133的頻率特性幾乎與圖4中濾波器118的頻率特性相同，如圖5所示，并且非線性處理電路122的特性和從輸入端117到輸出端124的線性特性之間的關(guān)系與參照圖6(a)和(b)說明的第一實施例的情況幾乎相同。然而，在如圖4所示的第一實施例中，從濾波器118的輸入到其輸出的延遲時間隨頻率變化，并且從輸入端117到輸出端124的信號的延遲時間，由于上述情況，也根據(jù)輸入信號的頻率或非線性處理電路122的特性變化，使得圖象質(zhì)量可以被人為地降低。相比之下，在本實施例中，濾波器133的輸入和輸出之間的延遲時間不管信號的頻率如何而保持常數(shù)(D)，并且由于延遲電路137的引入從輸入端117的輸出端124的信號的滯后時間不管頻率或非線性處理特性總是D，因此，信號可以不被損壞。同時，在本實施例中，由于延遲電路137可以共用地由延遲電路134a加以代替，所以電路尺寸就能被減少。
圖10是關(guān)于本發(fā)明第三實施例中一個視頻信號處理裝置的一個電路方塊圖，它與圖9所示的第二實施例的不同之處僅在于濾波器構(gòu)造和其頻率特性。序號138是一個濾波器，它是由延遲電路139a到139c(其延遲時間分別為3D，2D和D)，工作電路140a到140c和一個系數(shù)電路(其系數(shù)值為 1/8 )組成的。延遲電路139a也起延遲信號的作用，其延遲時間為3D，該信號被輸入給加法器123不通過濾波器138。這個濾波器139的頻率特性成為一個帶通型如圖11所示，例如延遲時間D大約是140毫微秒。當(dāng)非線性處理電路122的輸入-輸出特性由圖6(a)中實線A到E表示時，圖10中的電路從輸入端117到輸出端124的頻率特性就成為由圖12中實線T到X所指示的那樣。這時，信號從輸入到輸出的延遲時間總是3D而不管輸入信號的頻率或非線性處理電路122的輸入-輸出特性。因此，當(dāng)非線性處理電路122的輸入-輸出特性由圖7(a)到(f)所示時，它就由圖12中實線T到X所指示的那樣，根據(jù)濾波器138的輸出信號的振幅而變化，因此噪音區(qū)域或大約在1到2兆赫茲的中波信號可以被加重。在本實施例中，通過使用一個帶通型濾波器，中波噪音(比高頻帶噪音更加阻礙目視)可以被減小。
在第四個實施例中，使用了一個關(guān)于縱向頻率的濾波器。
圖13是關(guān)于本發(fā)明的第四實施例的一個視頻信號處理裝置的一張電路方框圖。其中，序號210代表一個輸入端，在經(jīng)過視頻信號磁帶記錄器的再現(xiàn)，頻率調(diào)制，解調(diào)和數(shù)字化后，一個亮度信號饋入該輸入端，211代表一個數(shù)字存儲器，用以將輸入亮度信號延遲一個水平掃描周期(1H)，212代表一個減法器，213代表一個系數(shù)電路，用以將減法器212的輸出信號乘以一，214代表一個非線性處理電路，用以根據(jù)系數(shù)電路213的輸出信號的振幅輸送一個特定的輸出，215代表一個減法器，用以將非線性處理電路214的輸出從輸入信號中減去，以及216代表一個輸出端，在這里可以獲得一個已降低噪音的信號。與圖4所示的實施例相類似，非線性處理電路214由(例如)一個只讀存儲器組成。
在這樣構(gòu)成的實施例中，視頻信號處理裝置的工作過程基本上與圖3中所示的現(xiàn)有技術(shù)的工作過程相同，從輸入端210到非線性處理電路214的輸入之間的頻率特性如圖3(b)中的實線所說明的那樣(如果采用美國國家電視系統(tǒng)委員會的系統(tǒng))，從輸入端210到輸出端216的電路頻率特性隨非線性處理電路214的輸入信號的振幅而變化。
非線性處理電路214的輸入-輸出特性可以如圖7所示那樣容易地實現(xiàn)(如圖4中所示的先有實施例的情況)，這樣，便可降低噪音并且提高圖象分辯率。
這樣，在這個實施例中，由于使用信號存儲器產(chǎn)生1H的延遲，可以減小尺寸;與常規(guī)使用的石英玻璃延遲線相比，利用半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可以降低成本;只需要一個解調(diào)器;并且能夠顯示出充分的噪音消除效果。除這些效果之外，由于非線性處理是采用數(shù)字信號的形式，因此可以獲得任何需要的非線性輸入-輸出特性。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明可以只消除噪音而不降低縱向分辯率，與此同時，還可以實現(xiàn)抑制噪音并且提高信號的縱向分辯率的特性。
在這個實施例中，控制非線性處理電路214使之具有若干個如圖8所示的輸出特性也是可能的。因此，只要根據(jù)圖象般種類或噪音的水平。適當(dāng)?shù)剡x取輸入-輸出特性，便可以對噪音降低的大小和縱向分辯率的加重進(jìn)行調(diào)節(jié)。
作為本發(fā)明更先進(jìn)的形式，下述內(nèi)容對幾種實施例進(jìn)行了描述，這些實施例包括若干個數(shù)字濾波器裝置，用以將數(shù)字化的輸入亮度信號的水平和豎直兩維頻率范圍化分為若干個兩維頻道，若干個非線性處理裝置，用以對若干個濾波器的輸出進(jìn)行非線性處理，以及一個混合裝置，用以混合若干個非線性處理裝置的輸出信號。在這種構(gòu)成中，可以清楚地將信號分量和噪音分量分離開，并且，可以抑制噪音而不損害信號分量，疊加在信號上的噪音分量可以有效地予以降低。
圖14是關(guān)于本發(fā)明的第五種實施例的視頻信號處理裝置的一張圖其中，序號317代表一個再現(xiàn)的調(diào)頻亮度信號的輸入信號，該信號已經(jīng)過解調(diào)并且數(shù)字化，序號322代表一個噪音水平已降低的輸出信號。序號325代表一個存儲器，用以將信號延遲1H，序號326代表一個加法器，序號327代表一個減法器，序號328、329、330和311代表延遲電路，每一個電路的延遲時間為D(這里D＝(大約)140毫微秒)，序號332和333代表加法器，序號334和335代表系數(shù)電路，用以將信號加倍，序號336和338代表加法器，序號337和339代表減法器，序號340和341代表系數(shù)電路，用以將信號乘以1/8，序號344至346代表非線性處理電路，它們具有非線性輸入-輸出特性，以及序號347代表一個加法器，用以將非線性處理電路344至346和系數(shù)電路341的四個輸出信號相混合。
在這個圖中，從輸入端317至系數(shù)電路340至343的傳遞功能定義如下，假設(shè)延遲時間D的延遲為Z-1以及H的延遲為W-1。
(1) 1/8 (1+2Z-1+Z-2+W-1+2W-1Z-1+W-1Z-2)(2) 1/8 (-1+2Z-1-Z-2-W-1+2W-1Z-1-W-1Z-2)(3) 1/8 (1+2Z-1+Z-2-W-1-2W-1Z-1-W-1Z-2)(4) 1/8 (-1+2Z-1-Z-2+W-1-2W-1Z-1+W-1Z-2)當(dāng)這些傳遞功能由水平頻率fH和縱向頻率fV的兩維頻率所表示時，這些功能可以分別如圖15(a)至(d)所示，(如果是在美國國家電視系統(tǒng)委員會系統(tǒng)，當(dāng)D大約為140毫微秒的情況)。為簡單起見，這些頻率特性如圖15(e)至15(h)所表示的那樣，(然而在這里，信號頻帶被限制為fH＜3MHZ，fV＜525/2cy/ph)。這里，陰影區(qū)域是關(guān)于頻率范圍，從(a)至(d)的頻率特性的獲得大約為-3dB或更多一些。從這種圖可以清楚地看出，從輸入端317到系數(shù)電路340至343的四個輸出(見圖14)分別通過濾波器用以將兩維的頻率范圍化分為四個頻帶。另一方面，從輸入端317到加法器347的輸出，裝置的特性是這樣的，如果信號通過非線性處理電路344至346而不發(fā)生變化，則四個濾波器的輸出信號在加法器347中進(jìn)行合成，并且傳遞系數(shù)將是公式(1)到(4)的總和，即(1)+(2)+(3)+(4)+Z-1這意味著從輸入端317來的信號延遲了D，并且它并不影響信號的頻率特性。然而，假設(shè)非線性處理電路346不允許信號通過，則從320的輸入端到加法器347的輸出，裝置的傳遞功能只是公式(1)到(3)的總和。此時的頻率特性(參照圖16)是這樣的，只有4的兩維頻帶衰減到-3dB或者更小。同樣，當(dāng)非線性處理電路344、345不允許信號通過時，圖16中的第2和第3頻帶分別被衰減。這里，當(dāng)非線性處理電路344至346的輸入-輸出特性是這樣調(diào)節(jié)的以致于不允許通過低水平信號(如圖17(a)所示)，如果通過每一個濾波器的分量的振幅很小，象這樣的噪音將不會通過非線性處理電路，并且，噪音的頻率分量受到抑制。然而，如果濾波器的輸出是一個具有很大振幅的信號，則它將直接通過非線性處理信號，這樣，信號不會降低。
如果拿該實施例與圖9和圖13所示實施例中的噪音消除裝置相比，前者具有若干優(yōu)點。為說明這些優(yōu)點，下面在兩維頻率范圍內(nèi)對圖9和圖13的實施例的工作過程以及它們級串聯(lián)進(jìn)行一下描述。
在圖9的實施例中，濾波器133的輸出頻帶(即饋入非線性處理電路122的信號)相應(yīng)于圖16中的頻帶2和4。在圖13所示的實施例中，饋入非線性處理電路214的信號的頻帶相應(yīng)于圖16中的頻帶3和4。在這兩種情況下，頻帶是全部兩維頻帶的大約1/2，必須注意的是，一個較大的能量被輸入到非線性處理電路。
圖13和圖19的實施例的級聯(lián)的工作過程如下。包括在視頻信號磁三十記錄器的再現(xiàn)信號中的噪音是一個在整個頻帶上的白噪音，而信號頻譜被集中在一個窄的頻帶中。假設(shè)信號頻譜只出現(xiàn)在圖6所示的1區(qū)內(nèi)，由于輸入給圖13中非線性處理電路的Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)和輸入給圖9中非線性處理電路Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)都只有一個小振幅的噪音分量，所以存在于Ⅱ區(qū)到Ⅳ區(qū)頻率中崗噪音將被抑制?；蛘?，如果一個具有較大振幅的信號頻譜被集中在Ⅲ區(qū)，那么由圖13所示的裝置的減小噪音的效果就不能出現(xiàn)，但由于Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)只具有小振幅的噪音分量，那么這些區(qū)域里的噪音就被由圖9所示的裝置抑制。這就是說，疊加在信號(該信號在Ⅱ區(qū)內(nèi)具有頻譜)上的Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)的頻率分量的噪音被抑制。并且可以獲得一個理想的圖象。同樣，當(dāng)只有Ⅱ區(qū)有信號分量時，疊加在信號上的Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)的頻率分量的噪音就被由圖13所示的裝置抑制。然而，在這個構(gòu)造中，如果在Ⅳ區(qū)中相對于圖象的傾斜分量來說有一個較大振幅的信號分量，那么噪音就不能由圖13和圖9所示的裝置消除，并且疊加在信號上的Ⅱ區(qū)和Ⅱ區(qū)的頻率分量的噪音就不能被減小。
相比之下，在該實施例中，如圖15(e)到(f)所示，輸入給每一個非線性處理電路的信號大約是信號的總的兩維頻率區(qū)域的1/4，與在圖9或圖8所示的實施例中輸入給非線性處理電路的頻帶寬度相比要窄的多。因此，在均勻地分布在整個頻帶內(nèi)的噪音中，輸入給各自的非線性處理電路的噪音的振幅減小，并且由圖17(a)所示的非線性輸入-輸出特性的非通振幅能夠調(diào)整的相當(dāng)小。相反，由于信號分量被集中在一個窄的頻帶上，所以濾波器的輸出信號中的一個信號被集中，并且振幅沒有被減小很多。因此，信號和噪音可以被明顯分離，并且只有噪音被減小而沒有過多地?fù)p壞靈敏亮度變化，這就是該實施例的第一特征。
如以前關(guān)于圖16的說明，當(dāng)圖13和圖9的實施例以級聯(lián)形式連接時，并且在Ⅳ區(qū)內(nèi)相對于圖象的傾斜分量有一個較大振幅的信號時，減小噪音的效果就根本上不能實現(xiàn)，并且疊加在該信號上的噪音不能被抑制。相比之下，在該實施例中，由于非線性處理在Ⅱ區(qū)到Ⅳ區(qū)的每一個區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)，如果在Ⅳ區(qū)有一個大振幅的信號，那么在Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)內(nèi)疊加在那個信號上的頻率分量的噪音就能被抑制，因此可以獲得一個理想的圖象。這就是該實施例的第二特征。
第三特征是可以給予圖16中Ⅱ到Ⅳ三個頻率區(qū)域不同的非線性處理。一般地說，視頻信號磁帶記錄器的再現(xiàn)信號在水平頻率的高頻帶中被損壞，相比之下，高頻帶中的噪音分量與中頻帶或低頻帶中的噪音相比，很難阻礙視覺。因此，通過調(diào)整Ⅳ區(qū)(Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)與在水平頻率的中頻帶或低頻帶中包括信號的Ⅲ區(qū)相比要小得多)中的非線性處理電路的非通振幅，能夠避免高頻帶中小信號的損壞，因此圖象能夠被在視覺上改進(jìn)。關(guān)于Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)的頻率，當(dāng)Ⅱ區(qū)包括具有較好的豎直特性曲線的信號時，則Ⅳ區(qū)相應(yīng)具有較好的傾斜特性曲線的信號。一般地說，在圖象中，就圖象質(zhì)量和目視效果來說，傾斜特性曲線對于小信號，與豎直特性曲線相比并不如此重要。因此，與Ⅱ區(qū)的非線性處理電路的非通振幅相比，通過建立Ⅳ區(qū)的稍大的振幅就能夠抑制很大的噪音而不會在視覺上損壞圖象的質(zhì)量。這樣，在該實施例中，最佳非線性特性就可以分別根據(jù)已化分的頻率區(qū)域的信號和噪音的性質(zhì)來確定。
如上所述，該實施例具有很多極佳的特征。除此之外，總的裝置可以由半導(dǎo)體器件組成并且由一個集成電路片構(gòu)成，因此只需要一個頻率解調(diào)器，這樣可使該裝置尺寸減小，能夠自由調(diào)解并且成本低廉。這些特征與前面提到的實施例的特征是相同的。
另外，在該實施例中，通過確定如圖17(b)所示的非線性處理電路的輸入-輸出特性，能夠抑制具有小振幅的噪音，而加重具有大振幅的信號，因此就能夠提高分辯率而不增加噪音。另外，毫無疑問，非線性處理電路344、345和346可以被構(gòu)成以實現(xiàn)如圖8所示的若干個非線性輸入-輸出特性。
關(guān)于本發(fā)明的第七實施例被說明如下。
圖18是一個關(guān)于本發(fā)明第七實施例的一個視頻處理裝置的圖。它與上述第六實施例的不同之處在于利用1H的延遲信號的下降補(bǔ)償作用而這種延遲信號是在調(diào)整二維濾波器的時候獲得的。在圖18中，序號323是一個用于分辯有沒有下降的檢測信號的輸入端，324是一個由下降檢測信號控制的開關(guān)，而其他部分與圖14說明的實施例是相同的并且給予了相同的序號。
這樣組成的實施例的工作過程如下。
開關(guān)323通常被連接在上側(cè)，這里，可以獲得一個極佳的噪音消除效果，與圖14說明的實施例完全相同。在另一方面，當(dāng)在輸入信號中發(fā)生下降時，輸入信號就能夠被控制，以至于開關(guān)324通過來自開關(guān)323的下降檢測信號連接到下側(cè)。因此，開關(guān)324的輸出被1H延遲信號所代替，使得下降被補(bǔ)償。
在該實施例中，除了圖14中實施例所獲得的極佳噪音消除效果以外，還可以實現(xiàn)以數(shù)字信號的形式的下降補(bǔ)償，這種數(shù)字信號是通過使用1H的滯后信號獲得的，而且與補(bǔ)償調(diào)頻信號的常規(guī)情況不同，這種調(diào)頻信號包括由石英玻璃延遲線的方法產(chǎn)生的滯后信號，在調(diào)頻信號的相變點上由不連續(xù)造成的干擾噪音原則上是不會發(fā)生的，或者甚至對比一個長于1H的下降，由于振幅或頻帶的減小，補(bǔ)償信號不會被削弱，這樣，就可獲得一個極佳的補(bǔ)償。
勘誤表
權(quán)利要求
1.一個視頻信號處理裝置包括一個數(shù)字濾波器，用以通過一個數(shù)字化輸入亮度信號的某種特定頻帶；非線性處理裝置，用以對通過上述數(shù)字濾波器的信號進(jìn)行線性處理；以及運(yùn)算裝置，用以直接或在延遲某一特定時間后將上述數(shù)字化的輸入亮度信號同一個上述非線性處理裝置的輸出信號相混合，其中，上述數(shù)字濾波器的通頻帶分量根據(jù)上述非線性處理裝置的輸入信號振幅的情況受到抑制或加重。
2.如權(quán)利要求
1中所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述的數(shù)字濾波器是一個高通濾波器。
3.如權(quán)利要求
1中所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述的數(shù)字濾波器是一個帶通濾波器。
4.如權(quán)利要求
1所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述數(shù)字濾波器包括一個存儲器，用以將經(jīng)過數(shù)字化的亮度信號延遲一個水平掃描周期，以及一個運(yùn)算裝置，以便探測出在上述數(shù)字化的輸入亮度信號和上述存儲器的一個輸出信號之間的差。
5.如權(quán)利要求
1所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述非線性處理裝置具有一種輸入-輸出特性，以便當(dāng)輸入信號的振幅低于某一特定的水平時能抑制上述數(shù)字濾波器的通頻帶分量。
6.如權(quán)利要求
1所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述非線性處理裝置具有一種輸入-輸出特性，以便當(dāng)輸入信號的振幅高于某一特定的水平時能加重上述數(shù)字濾波器的通頻帶分量。
7.如權(quán)利要求
1所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述非線性處理裝置具有一個輸入-輸出特性，以便當(dāng)輸入信號的振幅低于某一特定的水平時可以抑制上述數(shù)字濾波器的通頻帶分量，并且在輸入信號的振幅高于上述特定的水平時可以加重上述數(shù)字濾波器的通頻帶分量。
8.如權(quán)利要求
1所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述的非線性處理裝置包括一個只讀存儲器，利用輸入信號作為一個存儲器號碼，以及一個寫在存儲器號碼上的存儲信息作為輸出信號。
9.如權(quán)利要求
1所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述非線性處理裝置包括若干個輸入-輸出電路，這些電路具有不同的輸入-輸出特性，以及一個選擇裝置，用以選擇上述輸入-輸出電路中的一個。
10.如權(quán)利要求
4所闡明的視頻信號處理裝置，其中，該裝置是用來對一個下降進(jìn)行補(bǔ)償，它利用了一個延遲1個水平掃描周期的信號，這種延遲信號是通過上述數(shù)字濾波器獲得的。
11.一個視頻信號處理裝置包括若干個數(shù)字濾波器，用以將一個數(shù)字化輸入亮度信號的水平和豎直兩維頻率區(qū)域化分為若干個兩維的頻帶;若干個非線性處理裝置，用以非線性地分別處理上述若干個數(shù)字濾波器的輸出;以及運(yùn)算裝置，用以混合上述若干個非線性處理裝置的輸出，其中，上述若干個數(shù)字濾波器的通頻帶分量根據(jù)上述若干個非線性處理裝置的輸入信號的振幅分別受到抑制或加重。
12.如權(quán)利要求
11所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述若干個非線性處理裝置的每一個都具有一個輸入-輸出特性，以便當(dāng)輸入信號的振幅低于某一個特定的水平時能抑制上述若干個數(shù)字濾波器中相應(yīng)的一個的通頻三十分量。
13.如權(quán)利要求
11所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述若干個非線性處理裝置的每一個都具有一個輸入-輸出特性，以便當(dāng)相應(yīng)的輸入信號的振幅高于某一特定的水平時，能加重上述若干個數(shù)字濾波器中的相應(yīng)的一個的通頻帶分量。
14.如權(quán)利要求
11所闡明的視頻信號處理裝置，其中上述若干個非線性處理裝置的每一個都具有一個輸入-輸出特性，以便在相應(yīng)的輸入信號的振幅低于某一特定的水平時，能抑制上述若干數(shù)字濾波器中相應(yīng)的一個的通頻帶分量，并且當(dāng)相應(yīng)的輸入信號的振幅高于該特定水平時，能加重上述若干個數(shù)字濾波器中的相應(yīng)一個的通頻帶分量。
15.如權(quán)利要求
11所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述若干個非線性處理裝置的每一個都包括一個只讀存儲器，利用輸入信號作為存儲器號碼，以及一個寫在存儲器號碼上的存儲信息作為輸出信號。
16.如權(quán)利要求
11所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述若干個非線性處理裝置中的每一個都包括若干個輸入/輸出電路，它們具有不同的輸入-輸出特性，以及一個選擇裝置用以選擇上述輸入-輸出特性電路中的一個。
17.如權(quán)利要求
11所闡明的視頻信號處理裝置，其中，下降是通過利用一個延遲信號給予補(bǔ)償?shù)模舆t信號延遲1個水平掃描周期，這種延遲是在上述若干個數(shù)字濾波器上獲得的。
18.一個視頻信號處理裝置，包括第一至第四數(shù)字濾波器，用以將一個數(shù)字化輸入亮度信號的水平和豎直的兩維頻率區(qū)域化分為若干個兩維的頻帶，上述第一至第四數(shù)字濾波器分別具有下述的傳遞功能1) 1/8 (1+2Z-1+Z-2+W-1+2W-1Z-1+W-1Z-2)2) 1/8 (-1+2Z-1-Z-2-W-1+2W-1Z-1-W-1Z-2)3) 1/8 (1+2Z-1+Z-2-W-1-2W-1Z-1-W-1Z-2)4) 1/8 (-1+2Z-1-Z-2+W-1-2W-1Z-1-W-1-Z-2)其中W-1是指一個水平掃描周期延遲，Z-1是指某種特定周期D的延遲，Z-2是指特定周期2D的延遲;三個非線性處理裝置分別用于非線性地處理上述第二到第四個數(shù)字濾波器的輸出信號;一個混合裝置用于將上述第一數(shù)字濾波器的一個輸出信號和上述三個非線性處理裝置的輸出信號相混合;這里，上述第一至第四數(shù)字濾波器的通頻帶分量根據(jù)上述三個非線性處理裝置的輸入信號的振幅情況而受到抑制或加重。
19.如權(quán)利要求
18所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述三個非線性處理裝置的每一個都具有一種輸入-輸出特性，從而當(dāng)輸入信號的振幅低于某一特定水平時能抑制上述第一到第四數(shù)字濾波器的通頻帶分量。
20.如權(quán)利要求
18所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述三個非線性處理裝置的每一個都具有一種輸入-輸出特性，從而當(dāng)輸入信號的振幅高于某一特定水平時能加重上述第一到第四數(shù)字濾波器的通頻帶分量。
21.如權(quán)利要求
18所闡明的視頻信號處理裝置，其中，上述三個非線性處理裝置的每一個都具有一種輸入-輸出特性，從而當(dāng)輸入信號的振幅低于某一特定水平時能抑制上述第一到第四數(shù)字濾波器的通頻帶分量，并且當(dāng)輸入信號的振幅高于某一特定水平時能加重上述第一到第四數(shù)字濾波器的通頻帶分量。
22.如權(quán)利要求
18所闡明的視頻信號處理裝置，其中上述三個非線性處理裝置的每一個都包括一個只讀存儲器，利用輸入信號作為存儲器號碼，以及一個寫在存儲器號碼上的存儲信息作為輸出信號。
23.如權(quán)利要求
18所闡明的視頻信號處理裝置，其中上述三個非線性處理裝置中的每一個都包括若干個輸入/輸出電路，它們具有不同的輸入-輸出特性，以及一個選擇裝置，用以選擇上述若干個輸入/輸出電路中的一個。
24.如權(quán)利要求
18所闡明的視頻信號處理裝置，其中，下降是通過利用一個延遲信號給予補(bǔ)償?shù)模舆t信號延遲1個水平掃描周期，這種延遲是在上述若干個數(shù)字濾波器上獲得的。
專利摘要
一種用于減小視頻信號噪音的視頻信號處理裝 置。該裝置包括若干個濾波器，用以將一個輸入亮度 信號劃分為若干個水平和豎直的兩維頻率區(qū)域；一 個非線性處理電路，用于非線性地處理濾波器的輸 出；以及一個混合電路，用以混合輸入亮度信號和非 線性處理電路的輸入。利用這種結(jié)構(gòu)，該裝置能夠減 小噪音而不會降低圖象質(zhì)量。該裝置可以有效地用 在一個視頻記錄和再現(xiàn)裝置上。
文檔編號H04N5/21GK85105680SQ85105680
公開日1987年3月25日 申請日期1985年7月26日
發(fā)明者大田晴夫, 富田雅夫 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan