專利名稱:一種高清晰度兼容彩色電視傳輸制式——低頻亮度信號逐行變化制的制作方法
已有的兼容彩色電視傳輸制式，均是傳送一個全頻帶亮度信號和兩個低頻色差信號，色差信號調(diào)制在色副載波上進(jìn)行傳送。這種傳輸制式的不足之處在于一是色信號處理過程復(fù)雜，對錄制、傳輸設(shè)備、接收機(jī)要求高;二是易產(chǎn)生微分相位失真和微分增益失真，亮色分離困難，易產(chǎn)生亮色串?dāng)_，影響了傳輸質(zhì)量;三是在低頻段相當(dāng)于同時(shí)傳送了三組頻譜結(jié)構(gòu)相同、幅度編碼系數(shù)不同的R、G、B信號(如PAL制傳送了Y、R-Y、B-Y三組信號)，而對于彩色接收機(jī)而言，低頻亮度信號Y只在解碼電路中用來低消色差信號中的-Y信號，顯象時(shí)并沒有被利用，信號傳輸效率、利用率低。
本發(fā)明的目的在于，用較簡單的亮色信號處理手段，以要求較低的錄制、傳輸設(shè)備和彩色接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的高清晰度兼容彩色電視傳輸，或普通清晰度兼容彩色電視傳輸。
本發(fā)明對亮、色信號的處理方法與已有技術(shù)完全不同。本發(fā)明根據(jù)彩色顯象時(shí)只需要低頻三基色和高頻亮度信號這一特點(diǎn)，從提高信號的傳輸效率和利用率出發(fā)，充分利用電視信號的行相關(guān)性，采用了只傳送一個逐行變化的低頻亮度信號Y1和一個高頻亮度信號Y2的傳輸方案。色信號育于Y1信號的變化之中，Y1信號和Y2信號組成了彩色全電視信號，即Y＝Y(jié)1+Y2。該制式稱為低頻亮度信號逐行變化制，簡稱BAL制(BAL是英文Brightness Alternation Line的縮寫)。
該制式即可用于高密度掃描高清晰度兼容彩色電視傳輸，亦可用于普通掃描普通清晰度兼容彩色電視傳輸。下面重點(diǎn)論述BAL制高清晰度兼容彩色電視的傳輸原理。
BAL制高清晰度兼容彩色電視傳輸方案的掃描制暫定為74場/秒;隔行掃描;1125行/幀;行頻為41625赫/秒;行周期約為24微秒;圖象寬高比為5∶3。將這些數(shù)據(jù)代入公式fmax＝ 1/4 kk1(1-β)/(1-α) fvZ2可得fmax≈33兆赫。取Y信號帶寬為0～32兆赫，Y1信號帶寬為0～8兆赫，Y2信號帶寬為8～32兆赫。Y信號、Y1信號、Y2信號的幅頻曲線如附圖1所示。
Y2的編碼方程為標(biāo)準(zhǔn)亮度信號方程，即Y2＝(0.30R+0.59G+0.11B)8～32MHz (1)Y1的編碼方程在標(biāo)準(zhǔn)亮度方程的基礎(chǔ)上逐行變化。編碼方案有多種，選取原則是，在保證黑白兼容質(zhì)量的前提下盡量增大其變化幅度，以提高色信雜比。若采用扣除一個基色的方案，其編碼方程可選用下面三組方程中的一組
式中的 3/2 為預(yù)加重系數(shù)，以保證黑白兼容圖象在大面積彩色處每場中相鄰三行的平均低頻亮度不變，以滿足兼容要求。
在接收端，利用行相關(guān)性，將相鄰三行的Y1信號延時(shí)復(fù)用，可得到式(2)、式(3)或式(4)的低頻三基色三元一次方程組，用解碼矩陣即可解出第n行的三基色信號。
如對于方程(2)所示的三元一次方程，可用下面的解碼方程
第n行的高頻亮度信號Y2(n)可直接利用，從而得到了彩色顯象管所需要的第n行的彩色激勵信號。
以采用方程(2)編碼方案的BAL制為例，結(jié)合附圖進(jìn)一步闡明BAL制的具體實(shí)施方案及工作原理。
BAL制編碼器方框圖如圖2所示，它主要由矩陣電路、均衡電路、低通濾波器、減法電路、同步消隱混合電路等組成。由攝象機(jī)輸出的三基色信號一路經(jīng)矩陣1產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)亮度信號Y，其表達(dá)式為Y＝(0.30R+0.59G+0.11B)0～32MHz (6)Y信號經(jīng)延時(shí)均衡電路均衡后加到減法電路。另一路經(jīng)矩陣2產(chǎn)生三路信號輸出(用C表示)，其表達(dá)式為
三路信號經(jīng)行開關(guān)電路逐行送到0～8兆赫低通濾波器，濾除高頻成分后送到減法電路與標(biāo)準(zhǔn)亮度信號相減，就產(chǎn)生了BAL制視頻彩色電視信號。其相鄰三行的信號表達(dá)式為
Y信號經(jīng)復(fù)合同步消隱電路混入復(fù)合同步消隱信號和行識別信號后，就產(chǎn)生了BAL制視頻全電視信號。
采用減法電路的優(yōu)點(diǎn)是，既保證了低頻基色信號與高頻亮度信號在頻帶過渡處的無畸變過渡，又保證了高頻亮度信號與低頻基色信號相位的一致性，且避免了設(shè)置高通濾波器，簡化了電路。
BAL制解碼器(亮、色通道)方框圖如圖3所示，它主要由24微秒延時(shí)線、低通濾波器、行開關(guān)、解碼矩陣等電路組成。由視頻檢波器輸出的視頻全電視信號，一路經(jīng)低通濾波器1濾除高頻亮度信號后，產(chǎn)生第一路低頻亮度信號;另一路則經(jīng)DL1延時(shí)24微秒后，送給低通濾波器2產(chǎn)生第二路低頻亮度信號，該信號再經(jīng)DL2延時(shí)24微秒后產(chǎn)生第三路低頻亮度信號。該三路信號(即相鄰三行的低頻亮度信號)經(jīng)行開關(guān)按解碼要求分配到解碼矩陣電路，解碼矩陣按解碼方程5完成解碼過程，解調(diào)出低頻R、G、B三基色信號，經(jīng)放大后加到彩色顯象管陰極。DL1輸出的另一路視頻信號經(jīng)均衡電路均衡后，和低通2輸出的低頻亮度信號相減，產(chǎn)生高頻亮度信號，經(jīng)放大后加到顯象管柵極。行開關(guān)是在行逆程脈沖和由識別迭通電路選出的行識別信號的控制下與發(fā)端行開關(guān)同步動作的。
由圖3可知，若此時(shí)解碼器輸入端輸入的是第n+1行的視頻信號，則顯象管柵極加的是第n行的亮度信號，陰極加的是第n-1行的R、第n行的G、第n+1行的B，圖象顯示情況如圖4(a)所示。這樣，雖然利用了相鄰三行的基色信號，但在恢復(fù)每一行(如第n行)的三基色信號的過程中，是利用了上下相鄰兩行(第n-1行和n+1行)的基色信號，其相關(guān)性大于將B(n-1)、Rn延時(shí)到第n+1行的傳輸方案，提高了彩色保真度。圖4(b)是彩色垂直交界處的彩色干擾行的形成情況，由圖可知，在形成2、3兩彩色干擾行的三基色信號中有兩行是正確的，而且不存在色和亮度的行延時(shí)，邊界彩色質(zhì)量較好。
行識別脈沖的作用是控制發(fā)端和收端行開關(guān)的相位，使其在行同步信號(發(fā)端)或行逆程脈沖(收端)的作用下同步動作，保證收端解碼器按方程(5)的規(guī)律解碼。識別脈沖的波形如圖5(b)所示，它是加在奇數(shù)場均衡脈沖后第三個行同步信號處的負(fù)脈沖。在收端，識別選通電路先將復(fù)合同步信號削波，然后用場逆程脈沖選出識別脈沖。圖5(a)是各場的低頻基色信號傳送情況，由圖可知，三幀為一個傳輸周期，因此識別脈沖的頻率應(yīng)為24 2/3 赫。
在解碼器中，高頻亮度信號與低頻亮度信號的分離是通過濾波器來實(shí)現(xiàn)的。對收端低通濾波器的要求是，必須將高頻亮度信號濾除干凈，否則，解碼器按方程(5)解碼時(shí)，解出的G信號中將有殘余高頻亮度信號的干擾(R、B解碼方程式中相鄰兩行的殘余高頻亮度信號相消)。為此，發(fā)端和收端的濾波器幅頻曲線應(yīng)如圖6所示。曲線①為發(fā)端低通濾波器幅頻曲線，在8兆赫處衰減3分貝;曲線②為收端低通濾波器的幅頻曲線，在8兆赫處衰減50分貝或更多。這樣，低頻亮度信號中將無高頻亮度信號的干擾。雖然一部分低頻亮度信號(圖中陰影部分)被切入高頻亮度信號中，但低頻亮度信號和高頻亮度信號的編碼方程式本來就差別不大，對亮度的影響極小。
充分利用電視信號的行相關(guān)性，進(jìn)行內(nèi)插式高密度掃描可實(shí)現(xiàn)超高清晰度電視接收以實(shí)現(xiàn)超大屏幕映象。對于BAL制來說，由于其獨(dú)特的傳送方式，使得彩色電視機(jī)的解碼電路可以巧妙地和內(nèi)插電路的延時(shí)器、運(yùn)算器、色延時(shí)處理系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，大大簡化了內(nèi)插式高密度掃描彩色電視機(jī)電路。
圖7是BAL制內(nèi)插式2250行掃描超高清晰度彩色電視機(jī)亮、色通道方框圖。其中DL1、DL2是慢存(24微秒)快取(12微秒)CCD模擬信號延時(shí)線;DL3、DL4、DL5是普通超聲延時(shí)線，DL3、DL4延時(shí)12微秒，DL5延時(shí)24微秒。K1、K2、K3在時(shí)鐘脈沖控制下動作，其工作波形及a、b、c、d、e各點(diǎn)的輸出信號行順序如圖8所示。圖中，“1”、“0”表示各開關(guān)的位置;-2、-10、1、2……表示輸出信號的行順序號。工作原理如下視頻信號Y經(jīng)K1逐行加到DL1、DL2，經(jīng)慢存快取后，K2輸出間隔12微秒的壓縮視頻信號(圖8中陰影部分)。該信號經(jīng)DL3、加法器運(yùn)算后，在C點(diǎn)產(chǎn)生了內(nèi)插式2250行掃描的視頻信號。該信號經(jīng)低通、減法電路處理后，產(chǎn)生高頻亮度信號輸出，經(jīng)放大后激勵顯象管柵極。DL3、DL4、DL5、低通1、低通2、低通3、行開關(guān)、解碼矩陣及放大電路組成色解碼電路，DL3、DL4相當(dāng)于圖3中的DL1，工作原理與圖3相同。
BAL制用于普通清晰度兼容彩色電視傳輸，掃描制式可將目前的場頻提高到72～74場/秒。行頻仍為625行/秒。視頻信號Y的帶寬也相應(yīng)地變?yōu)?.6兆赫左右，Y1信號帶寬為2兆赫，Y2信號帶寬為2～8.6兆赫。其編、解碼方框圖、內(nèi)插式高密度掃描彩色電視機(jī)等，其電路組成及工作原理均于BAL制高清晰度彩色電視傳輸方案相同，不再贅述。
BAL制兼容彩色電視制式有以下優(yōu)點(diǎn)(1)、色信號處理過程簡單，不需要色副載波，對同步機(jī)、錄象機(jī)等設(shè)備要求低。
(2)、不存在微分相位失真、微分增益失真和亮色串?dāng)_，亮色分離容易，彩色質(zhì)量好。
(3)、傳輸信號中只有圖象載波和伴音載波，無色副載波，減小了互調(diào)失真。
(4)、由于不再單獨(dú)傳送色差信號，將色信號育于低頻亮度信號的變化之中，充分利用了電視信號的行相關(guān)性，大大提高了傳輸信號的利用率和傳輸效率。
(5)、彩色電視機(jī)電路簡單，成本低、調(diào)整容易。
(6)、在大面積彩色處，黑白兼容圖象的閃爍頻率為74× 2/3 ＝49.33赫，與目前50場/秒的掃描制式相當(dāng)，能滿足人眼的要求，而且不存在色副載波的干擾，黑白兼容質(zhì)量好。
(7)、易實(shí)現(xiàn)內(nèi)插式高密度掃描超高清晰度彩色電視接收。
BAL制的色解碼電路是利用相鄰三行的信號進(jìn)行解碼的，和其他順序制一樣，在垂直彩色交界處有行順序效應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種高清晰度兼容彩色電視傳輸制式-低頻亮度逐行變化制，簡稱BAL制(Brightness Alternation Line)。本發(fā)明的特征在于，該制式只傳送一個逐行變化的低頻亮度信號Y1和一個高頻亮度信號Y2，色信號育于Y1信號的變化之中。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的彩色電視傳輸制式，其特征在于，低頻亮度信號可采用不同的編碼方案。例如可采用相鄰三行中兩行分別扣除一個不同基色信號的方案，〔編碼方程為式(2)、式(3)或式(4)，相應(yīng)的編解碼器為附圖2、附圖3〕，亦可采用其他的編解碼方案。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的彩色電視傳輸制式，其特征在于，在接收端，每行的色信號是利用電視信號的行相關(guān)性，用上下相鄰兩行及本行的色信號解出的，有附圖4所示的重現(xiàn)關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的彩色電視傳輸制式，其特征在于，Y1、Y2及Y信號有附圖1所示的幅頻曲線，收發(fā)端低通濾波器具有附圖6所示的通帶特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的彩色電視傳輸制式，其特征在于，在接收端利用電視信號的行相關(guān)性，可實(shí)現(xiàn)附圖7所示的內(nèi)插式兩倍行掃描超高清晰度彩色電視接收，或高清度彩色電視接收。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的彩色電視傳輸制式，其特征在于，該制式即可實(shí)用于高掃描行數(shù)(例如1125行/幀、74場/秒)高清晰度兼容彩色電視傳輸，亦可實(shí)用于普通掃描行數(shù)(如625行/幀、72場/秒)普通清晰度兼容彩色電視傳輸。
專利摘要
一種高清晰度兼容彩色電視傳輸制式——低頻亮度信號逐行變化制，簡稱BAL制。該制式只傳送一個逐行變化的低頻亮度信號Y
文檔編號H04N11/06GK86101432SQ86101432
公開日1987年9月23日 申請日期1986年2月26日
發(fā)明者李執(zhí)強(qiáng) 申請人:李執(zhí)強(qiáng)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan