專利名稱：獲得視頻信號(hào)的行同步信息項(xiàng)的方法和實(shí)現(xiàn)該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于獲得視頻信號(hào)的行同步信息項(xiàng)的方法，還涉及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
本發(fā)明基于一般類(lèi)型的從視頻信號(hào)獲得行同步信息項(xiàng)的方法。即使數(shù)字系統(tǒng)解決方案將在未來(lái)的電視技術(shù)中變得越來(lái)越突出，但在未來(lái)許多年內(nèi)仍將存在模擬源信號(hào)。模擬源信號(hào)的例子包括目前仍在廣泛流傳的視頻信號(hào)的地面接收，以及在錄像機(jī)的情況中例如按照VHS標(biāo)準(zhǔn)的模擬記錄方法。這樣的模擬信號(hào)源代表數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵信號(hào)源，其信號(hào)處理需要特殊的手段。
到目前為止，具有數(shù)字信號(hào)處理(例如在100Hz技術(shù)的情形中)的電視接收機(jī)通常借助被相應(yīng)輸入信號(hào)同步的時(shí)鐘系統(tǒng)進(jìn)行操作。由于輸入信號(hào)是模擬CVBS信號(hào)，所以經(jīng)常不是用水平同步脈沖(行鎖定時(shí)鐘)就是用彩色副載波或者彩色同步脈沖(脈沖串)(彩色副載波鎖定時(shí)鐘)作為同步的基準(zhǔn)點(diǎn)。目前通常使用下游連接的所謂同步分離器級(jí)和PLL濾波器級(jí)以模擬方法實(shí)現(xiàn)視頻行的同步分離。在具有數(shù)字信號(hào)處理的電視接收機(jī)中，通常使用以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)公知的模擬同步信號(hào)處理的PLL濾波器級(jí)。于是該濾波器級(jí)就是一數(shù)字PLL(鎖相環(huán))。這種數(shù)字PLL電路的一些例子是以下的電路Philips的SAA 7111、Harris的HMP 8112和Intermetall的Digit 3000。這些數(shù)字PLL電路的主要問(wèn)題是當(dāng)輸入信號(hào)是拾取自正工作在搜索模式(快進(jìn)或快倒)的模擬錄像機(jī)的模擬視頻信號(hào)時(shí)圖像將出現(xiàn)公知的不穩(wěn)定。模擬錄像機(jī)的許多用戶非常熟悉這種不穩(wěn)定。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)錄像機(jī)工作在搜索模式下時(shí)，圖像中會(huì)出現(xiàn)水平干擾條紋。這些干擾條紋的出現(xiàn)是因?yàn)樵谒阉髂Ｊ较?，根?jù)搜索速度的不同，視頻磁頭不再沿一條傾斜軌跡行進(jìn)，而是掃過(guò)兩條或更多的傾斜軌跡。在從一條傾斜軌跡轉(zhuǎn)移到下一條傾斜軌跡時(shí)，相對(duì)于視頻行的同步脈沖的出現(xiàn)相位發(fā)生突變。這種相位突變實(shí)際上受按傾斜軌跡方法進(jìn)行記錄的磁帶的幾何形狀的支配。因此相位突變由系統(tǒng)決定，此外，實(shí)際上是不可避免的。
在攝錄一體機(jī)產(chǎn)生的視頻信號(hào)的情形中，行同步脈沖的出現(xiàn)是不規(guī)則的。在這種情況下，因?yàn)檩^大的元件公差使磁鼓速度的調(diào)整起伏較大，所以不穩(wěn)定性通常比一般錄像機(jī)的不穩(wěn)定性嚴(yán)重。
EP-A 0 266 147公開(kāi)了電視接收機(jī)的一種數(shù)字PLL電路。在這種數(shù)字PLL電路中，為了避免錄像機(jī)工作在搜索模式時(shí)出現(xiàn)的上述問(wèn)題，使用了一開(kāi)關(guān)單元，該開(kāi)關(guān)單元急劇地減小鎖相環(huán)在鑒別由磁頭在傾斜軌跡的末尾的換向造成的相位突變時(shí)的時(shí)間常數(shù)，結(jié)果是減小了圖像的不穩(wěn)定區(qū)域。這種解決方案的缺點(diǎn)是鎖相環(huán)時(shí)間常數(shù)的減小雖然使干擾程度比時(shí)間常數(shù)較大時(shí)要輕，但視頻信號(hào)中的噪聲分量抑制得不夠好，仍然看得到干擾行。
把上述已有技術(shù)作為出發(fā)點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種獲取行同步信息項(xiàng)的方法，該方法即使在存在噪聲和模擬源信號(hào)為不穩(wěn)定的情況下也能夠進(jìn)一步改善圖像質(zhì)量，同時(shí)就電路而言，尤其就數(shù)字技術(shù)而言，該方法能以簡(jiǎn)單的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在每種情況下分別利用多個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的，但組合不同的措施提供最佳的解決方案。第一種改進(jìn)措施在于準(zhǔn)確地確定所出現(xiàn)的行同步脈沖的位置。這種同步脈沖位置的確定與以前公知的通常只測(cè)定行同步脈沖的上升或下降沿的方法的不同之處是求相應(yīng)視頻行或該視頻行的僅僅一部分與圖形函數(shù)的卷積運(yùn)算，通過(guò)分析該卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)來(lái)確定行同步脈沖的位置。最好用理想的行同步脈沖作為圖形函數(shù)。位置確定的改進(jìn)對(duì)于受到較大干擾的多徑傳播的地面發(fā)送視頻信號(hào)尤其有益。
另外的非常重要的改進(jìn)措施在于用沿時(shí)間方向?yàn)V波行同步脈沖的位置的濾波器單元來(lái)代替在其它情況下通常使用的數(shù)字PLL電路，該濾波器單元對(duì)行同步脈沖的待校正的各個(gè)位置執(zhí)行線性或非線性估算。于是不再使用反饋控制環(huán)，有意避免了這些控制環(huán)公知的穩(wěn)定問(wèn)題。于是能夠顯著地改善關(guān)鍵源信號(hào)的圖像質(zhì)量。因此，尤其對(duì)于來(lái)自錄像機(jī)的信號(hào)，在有噪聲的天線信號(hào)或處于出現(xiàn)了多徑傳播造成的干擾的環(huán)境內(nèi)的其它天線信號(hào)的情況下，能夠改善被顯示視頻信號(hào)的圖像質(zhì)量。由于新的方案附加地包含了自激、晶體產(chǎn)生的系統(tǒng)時(shí)鐘，所以運(yùn)種解決辦法尤其適合于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的數(shù)字視頻信號(hào)處理。
該方法的進(jìn)一步的改進(jìn)可利用下述手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。如上所述，最好選擇理想的行同步脈沖作為卷積運(yùn)算的圖形函數(shù)。該脈沖的形狀是梯形的。
卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)的分析最好包括確定該結(jié)果函數(shù)的最大值或最小值。在數(shù)學(xué)上可用各種方法容易地實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)算。最大值或最小值的位置于是規(guī)定了行同步脈沖的位置(行同步脈沖的中心)。這樣就能夠以簡(jiǎn)單的方式準(zhǔn)確地確定位置。這樣做是基于這樣的認(rèn)識(shí)即兩個(gè)方波脈沖的卷積結(jié)果是具有絕對(duì)最大值或最小值的三角函數(shù)。
為了確定卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)的最大值或最小值，最好是求該結(jié)果函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)，然后確定該一階導(dǎo)數(shù)的零點(diǎn)。三角函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)只有一個(gè)零點(diǎn)，可利用常規(guī)的計(jì)算方法容易地確定。
由于涉及到的信號(hào)的帶寬有限和以數(shù)字方式對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理，所以可以對(duì)卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)的峰值進(jìn)行舍入。對(duì)于這種情況，就可根據(jù)結(jié)果函數(shù)的漸變區(qū)的梯度是大于還是小于預(yù)定最小或最大值來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)一階導(dǎo)數(shù)的零點(diǎn)對(duì)行同步脈沖位置的確定。如果不這樣做，就可替代地在該整個(gè)漸變區(qū)內(nèi)放入一個(gè)階梯函數(shù)，確定該階梯函數(shù)和導(dǎo)數(shù)函數(shù)之間的交點(diǎn)，由此確定位置。要不然，最好在結(jié)果函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)的漸變區(qū)內(nèi)執(zhí)行線性回歸，確定回歸線和坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)之間的交點(diǎn)。這樣一來(lái)就以子像素分辨率計(jì)算了一階導(dǎo)數(shù)的最小值，這也有利于后續(xù)的垂直濾波。由于后續(xù)的垂直濾波不能有效地取消像素量化，所以建議以子像素分辨率的計(jì)算。
利用知識(shí)庫(kù)(存儲(chǔ)器)執(zhí)行行同步脈沖位置的線性或非線性估算，該知識(shí)庫(kù)(存儲(chǔ)器)包括若干個(gè)前面的行同步脈沖的位置。在這種情況下，可以按照不同的方法選擇線性或非線性估算所用的行同步脈沖位置的個(gè)數(shù)。選擇25個(gè)前面位置約相應(yīng)于歐洲通常的標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)所用的PLL濾波的時(shí)間常數(shù)。如果只把10個(gè)行同步脈沖位置用作知識(shí)庫(kù)，則在利用線性回歸的線性估算期間，這就約相應(yīng)于歐洲通常的非標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)所用的PLL濾波的時(shí)間常數(shù)。
如上所述，可對(duì)線性估算執(zhí)行線性回歸。這種計(jì)算方法就計(jì)算成本而言是特別低的，并易于編程。
一種非常有利的方法還在執(zhí)行線性估算之前判斷已被確定的線性同步脈沖的位置是否發(fā)生了突然的變化，如果是，就關(guān)斷線性或非線性估算的知識(shí)庫(kù)或?qū)⑵滢D(zhuǎn)換到不同的范圍。當(dāng)被處理的源信號(hào)是正工作在特技模式(搜索模式)時(shí)的模擬錄像機(jī)的信號(hào)時(shí)，這種做法尤其有利。通過(guò)把線性回歸的知識(shí)庫(kù)突然改變?yōu)樾碌南嘟嵌诶硐肭闆r下可獲得的效果是在圖像中見(jiàn)不到受干擾的視頻行。因此，即使在搜索模式下圖像也極穩(wěn)定。
實(shí)現(xiàn)以上所述方法的裝置包括以下之一或兩者a)行同步信號(hào)識(shí)別單元，在該識(shí)別單元中通過(guò)把一視頻行的全部或部分視頻信號(hào)與圖形函數(shù)進(jìn)行卷積并隨后分析該卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)來(lái)確定行同步脈沖的準(zhǔn)確位置；b)濾波器裝置，沿時(shí)間方向?yàn)V波行同步脈沖的位置，在每種情況下對(duì)行同步脈沖的已校正位置執(zhí)行線性或非線性估算。其中還具有突然位置變化識(shí)別單元，判斷行同步脈沖的一些特定位置是否發(fā)生了突然的變化，在識(shí)別出突然的變化之后，致使濾波器裝置關(guān)閉其用于線性或非線性估算的知識(shí)庫(kù)或?qū)⑵淝袚Q至不同的范圍。所述行同步信號(hào)識(shí)別單元包括用于卷積運(yùn)算的MTA(運(yùn)動(dòng)時(shí)間平均值)濾波器。
本發(fā)明的示范性實(shí)施例在附圖中示出，在以下的描述中對(duì)它們進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在附圖中

圖1表示從攝錄一體機(jī)拾取的視頻信號(hào)中的行同步脈沖的當(dāng)前水平頻率的倒數(shù)的模擬結(jié)果；圖2表示本發(fā)明的獲取視頻信號(hào)的同步信息項(xiàng)的裝置的方框圖；圖3表示兩個(gè)方波脈沖的卷積運(yùn)算的示意圖；圖4表示執(zhí)行卷積運(yùn)算的MTA(運(yùn)動(dòng)時(shí)間平均值)濾波器的結(jié)構(gòu)；圖5表示根據(jù)本發(fā)明計(jì)算卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)的零點(diǎn)的示意圖；圖6表示利用線性回歸濾波行同步脈沖的被確定的時(shí)域位置的圖表說(shuō)明；圖7表示根據(jù)本發(fā)明對(duì)所發(fā)明的行同步脈沖的位置的自適應(yīng)垂直濾波的突然相變進(jìn)行判別的示意圖；圖8a表示未受干擾的TV圖像；圖8b表示因錄像機(jī)磁頭的換向而受到PLL濾波干擾的TV圖像，該錄像機(jī)以兩倍前向搜索速度播放；圖8c表示由同樣工作在兩倍搜索速度的錄像機(jī)產(chǎn)生的、已利用本發(fā)明的方法進(jìn)行了校正的TV圖像；圖9表示被設(shè)計(jì)成判別視頻信號(hào)突然的相變并按照相應(yīng)的自適應(yīng)方式執(zhí)行垂直濾波的計(jì)算機(jī)程序的結(jié)構(gòu)圖；圖10表示輸出丟失的水平同步脈沖以及還抑制被錯(cuò)誤地判別的水平同步脈沖的計(jì)算機(jī)程序的結(jié)構(gòu)圖。
圖1示出視頻信號(hào)的行同步脈沖的位置的模擬值。各行的編號(hào)沿圖1橫坐標(biāo)的方向畫(huà)出。行同步脈沖的當(dāng)前水平頻率的倒數(shù)1/fH沿圖1的縱坐標(biāo)的方向畫(huà)出。各視頻行的行號(hào)通常用字母n來(lái)表示。當(dāng)前水平頻率的倒數(shù)的標(biāo)繪意味著各行同步脈沖的時(shí)域位置彼此可進(jìn)行比較。相應(yīng)于行同步脈沖的各個(gè)位置的實(shí)測(cè)值的值都用垂直虛線來(lái)表示。每條垂直虛線的末端則表示被確定的行同步脈沖位置。如果視頻信號(hào)是理想的，則全部虛線的長(zhǎng)度都相同。這是相對(duì)于攝錄一體機(jī)產(chǎn)生的視頻信號(hào)進(jìn)行的描述。在圖1的第一區(qū)域內(nèi)清楚地看得出行同步脈沖位置圍繞平均值的起伏。在圖1的第二部分內(nèi)可看出行同步脈沖位置穩(wěn)定性的增加。這種狀況可利用磁鼓轉(zhuǎn)速的調(diào)整來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，這種調(diào)整開(kāi)始得較慢。元件公差和噪聲會(huì)造成行同步脈沖圍繞平均值的變化。圖1中的十字表示被通常在電視接收機(jī)中使用的PLL電路進(jìn)行了校正的行同步脈沖位置。但是，只要視頻信號(hào)的垂直頻率總是發(fā)生變化，則這種PLL電路的調(diào)整操作將造成關(guān)于行同步脈沖位置的相位誤差的輸出。在圖1的第二部分中從十字和虛線之間的差別可清楚地看到這一點(diǎn)。由于這種相位誤差的符號(hào)可隨機(jī)地分布在各幅子圖像內(nèi)，并且該相位誤差的值也不總是保持恒定的，所以相位偏差D造成了被顯示的視頻圖像中的可見(jiàn)干擾。這種干擾相應(yīng)于圖像大部分中的水平顫動(dòng)效果。這種圖像給人造成的印象是有人在水平方面搖動(dòng)圖像。為了消除視頻信號(hào)中出現(xiàn)的與頻率變化有關(guān)的相位誤差，在模擬PLL控制環(huán)的情況下通常是提高PLL電路的帶寬。如果這樣做的話，就得到圖1中用圓圈表示的行同步脈沖位置。但是，這種做法的缺點(diǎn)是消弱了PLL電路的噪聲抑制，這樣一來(lái)，顫動(dòng)形式的瞬時(shí)圖像干擾仍然可見(jiàn)。垂直線不再是直的而是彎曲了。
本發(fā)明的整個(gè)系統(tǒng)如圖2所示。標(biāo)號(hào)10表示提供標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)或非標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)的模擬信號(hào)源。視頻信號(hào)是模擬CVBS信號(hào)。模擬CVBS信號(hào)被饋送給A/D變換單元20。使用固定的自激系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行數(shù)字化。標(biāo)號(hào)30表示非強(qiáng)制性的行存儲(chǔ)器。這是為了保證即使對(duì)于由處于搜索模式的錄像機(jī)產(chǎn)生的視頻信號(hào)，也能夠無(wú)圖像干擾地顯示TV圖像。眾所周知，行存儲(chǔ)器實(shí)際起緩沖器的作用，以便在必須把新的值輸入幀存儲(chǔ)器之前有更多的時(shí)間進(jìn)行內(nèi)部信號(hào)處理。利用信號(hào)處理級(jí)40、50、60和90以數(shù)字方式獲得數(shù)字化視頻信號(hào)的同步信息項(xiàng)。具體來(lái)說(shuō)，標(biāo)號(hào)40表示行同步脈沖的分離器級(jí)(HSYNC檢波器)。標(biāo)號(hào)50表示對(duì)在檢測(cè)到突然的相變和干擾之后獲得的行同步脈沖位置執(zhí)行自適應(yīng)校正的校正單元。標(biāo)號(hào)60表示對(duì)被檢測(cè)的行同步脈沖位置進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波的濾波器單元(HSYNC濾波器)。標(biāo)號(hào)90表示垂直同步脈沖的分離器級(jí)(VSYNC檢波器)。在運(yùn)一單元中還獲得有關(guān)視頻幀的哪一場(chǎng)正在被處理的信息。以下將詳細(xì)討論本發(fā)明的關(guān)鍵部件40、50和60。標(biāo)號(hào)100表示彩色譯碼器電路。從彩色譯碼器電路100的輸出中取出YUV信號(hào)。標(biāo)號(hào)70表示處理器單元，在該處理器單元中專門(mén)執(zhí)行各視頻行的內(nèi)插計(jì)算，以便利用獲得的同步信息項(xiàng)校正幀信號(hào)。這種校正基于以下事實(shí)即由于以固定取樣頻率對(duì)視頻信號(hào)取樣，所以行同步脈沖的不同位置就產(chǎn)生了長(zhǎng)度不同的視頻行，這些視頻行然后必須一個(gè)在另一個(gè)之上地正確對(duì)齊，如果合適的話，還需被擴(kuò)展或壓縮，以便在被顯示的圖像中，最終所有的視頻行又都具有相同的長(zhǎng)度，在被顯示時(shí)彼此沒(méi)有位移。被如此校正的取樣值被傳送給幀存儲(chǔ)器單元80。然后在后續(xù)信號(hào)處理級(jí)中可對(duì)幀存儲(chǔ)器80內(nèi)的幀作更進(jìn)一步的處理。例如可進(jìn)行50/100Hz變換。在圖2中，存儲(chǔ)的視頻數(shù)據(jù)還被變換為RGB數(shù)據(jù)，最后利用D/A變換器將其恢復(fù)為模擬RGB信號(hào)，D/A變換器用標(biāo)號(hào)110來(lái)表示。RGB信號(hào)然后被傳送給顯像管140。行同步信息在與處理器單元70連接的電路120中被處理。根據(jù)處理器單元70提供的數(shù)據(jù)產(chǎn)生顯像管140的水平偏轉(zhuǎn)脈沖。但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)用于這一目的的電路有充分的了解，所以在此不需要對(duì)其作任何更詳細(xì)的說(shuō)明。在電路130中相應(yīng)地對(duì)垂直同步信息進(jìn)行處理。電路130同樣從處理器單元70接收垂直同步信息，并為顯像管140產(chǎn)生合適的垂直偏轉(zhuǎn)電壓。視頻行數(shù)據(jù)的輸出由處理器單元70利用相應(yīng)的時(shí)鐘來(lái)進(jìn)行控制。然后與分別由偏轉(zhuǎn)單元120和130產(chǎn)生的水平和垂直偏轉(zhuǎn)電壓同步地從幀存儲(chǔ)器80讀出這些數(shù)據(jù)。
以下更詳細(xì)地討論HSYNC檢波器的操作。與其它廣泛應(yīng)用的對(duì)CVBS信號(hào)的行同步脈沖的下降沿的邊沿檢測(cè)不同，本發(fā)明的HSYNC檢波器按相關(guān)原理進(jìn)行操作。在這種情況下，CVBS信號(hào)與理想的行同步脈沖進(jìn)行卷積，然后尋找最小值。這一原理如圖3所示，從圖中可看出原理上兩個(gè)方波脈沖的卷積運(yùn)算產(chǎn)生一三角形函數(shù)作為結(jié)果函數(shù)。該函數(shù)則具有最小值或最大值，最小值或最大值規(guī)定了行同步脈沖的位置。視頻行的CVBS信號(hào)用參考符號(hào)fin(k)來(lái)表示。參考符號(hào)Sideal(k)表示理想行同步脈沖。卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)用參考符號(hào)φsv(k)來(lái)表示。參考符號(hào)ks表示結(jié)果函數(shù)的最小值的位置。在HSYNC檢波器40中例如按這樣的方式執(zhí)行卷積運(yùn)算，即在視頻行的行存儲(chǔ)器30之一內(nèi)的CVBS信號(hào)以數(shù)字方式與相應(yīng)的理想行同步脈沖進(jìn)行卷積。也可按這樣的方式替代地執(zhí)行卷積，即不是整個(gè)視頻行的CVBS信號(hào)都與理想行同步脈沖進(jìn)行卷積，而是行同步脈沖的相關(guān)部分與理想化的行同步脈沖進(jìn)行卷積。
這種檢測(cè)方法即使例如在受到大量干擾的多徑傳播的地面信號(hào)的情況下也有非常好的效果。如果卷積運(yùn)算采用不變的卷積長(zhǎng)度ls，則已有技術(shù)中公知的MTA(運(yùn)動(dòng)時(shí)間平均值)濾波器就適合于例如卷積運(yùn)算的電路實(shí)現(xiàn)，這種濾波器的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中行同步脈沖理想化地用方波脈沖響應(yīng)來(lái)表示。
為了確定卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)的最大值或最小值，計(jì)算該結(jié)果函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)的零點(diǎn)。這種計(jì)算操作如圖5詳細(xì)所示，其中參考符號(hào)φsv(k)表示結(jié)果函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)，變量k代表導(dǎo)數(shù)函數(shù)的各個(gè)取樣值，ks表明導(dǎo)數(shù)的零點(diǎn)的位置，ko表明在結(jié)果函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)的漸變區(qū)內(nèi)的具有負(fù)號(hào)的最后一個(gè)取樣值。為了準(zhǔn)確地確定零點(diǎn)，在導(dǎo)數(shù)函數(shù)的漸變區(qū)內(nèi)執(zhí)行線性回歸。然后利用所產(chǎn)生回歸線以簡(jiǎn)單的方式計(jì)算零點(diǎn)。在圖5中用參考符號(hào)Ns表示回歸線與零軸的交點(diǎn)?；貧w長(zhǎng)度lv在所示的例子中等于9個(gè)取樣值。這樣一來(lái)就在子像素分辨率的級(jí)別上計(jì)算了一階導(dǎo)數(shù)的最小值。由于后續(xù)垂直濾波不能有效地取消像素量化，所以子像素分辨率是必要的。因?yàn)槔缭贏/D變換單元20的A/D變換的取樣速率為18MHz和顯示器的寬度為56cm的情況下，圖像細(xì)節(jié)的可見(jiàn)度極限約是0.17像素，所以子像素分辨率也是必需的。對(duì)各種輸入信號(hào)的考察已表明線性回歸產(chǎn)生子像素分辨率計(jì)算的最佳結(jié)果。為了計(jì)算相應(yīng)于卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)的最小值的行同步脈沖的中心，對(duì)于在導(dǎo)數(shù)函數(shù)的零點(diǎn)附近的區(qū)域，約10個(gè)取樣值就足夠了。約10個(gè)取樣值就足夠的計(jì)算準(zhǔn)則是利用在地面接收情況下對(duì)各種信噪比都具有恒定的水平頻率的視頻信號(hào)在18MHz的取樣速率下被確定的。在這種情況下，信噪比約為15dB的信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.93像素。對(duì)于信噪比為35dB的低噪信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.07像素。
如果對(duì)錄像機(jī)的視頻信號(hào)進(jìn)行處理，則水平頻率的偏差在錄像機(jī)工作在特技模式時(shí)可達(dá)到4％，這也相應(yīng)地影響了行同步脈沖的長(zhǎng)度。這顯現(xiàn)在卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)的導(dǎo)數(shù)函數(shù)的邊沿的可辨別性上的惡化中。但是，已發(fā)現(xiàn)到此程度的偏差對(duì)零點(diǎn)確定過(guò)程中的檢測(cè)精度沒(méi)有相關(guān)的影響。為了利用線性回歸計(jì)算行同步脈沖的中心ks，由于約有32微秒可用于這一計(jì)算，所以可用算術(shù)單元來(lái)代替較復(fù)雜的微處理器，32微秒相當(dāng)于PAL制中的半個(gè)視頻行。此外，等距離的取樣值還明顯簡(jiǎn)化了計(jì)算。在子像素精度上計(jì)算行同步脈沖的中心ks的公式如下
在這種情況下，k1是可作為回歸長(zhǎng)度l的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算的常數(shù)。所有其它符號(hào)在對(duì)圖5和圖3的描述中已有說(shuō)明。
以下更詳細(xì)地討論濾波器裝置60的操作。利用常規(guī)PLL電路進(jìn)行垂直濾波的穩(wěn)定性問(wèn)題與反饋濾波器結(jié)構(gòu)的無(wú)限存儲(chǔ)器緊密相關(guān)。利用線性估算和有限存儲(chǔ)器通過(guò)垂直濾波可明顯改善穩(wěn)定性性能。這一點(diǎn)在攝錄一體機(jī)的再現(xiàn)操作模式中特別明顯，攝錄一體機(jī)因機(jī)械系統(tǒng)緊湊而產(chǎn)生了其水平頻率上下迅速變化的視頻信號(hào)。對(duì)于這種信號(hào)，PLL濾波將產(chǎn)生水平顫動(dòng)圖像。根據(jù)本發(fā)明，代之以執(zhí)行具有線性回歸的垂直濾波。在進(jìn)行這種垂直濾波時(shí)，當(dāng)前要被輸出的行同步信息項(xiàng)則是基于時(shí)刻ks(n)的過(guò)去被檢測(cè)行同步脈沖位置的線性逼近估算。這種線性估算詳細(xì)地示于圖6。各視頻行的編號(hào)沿橫坐標(biāo)方向畫(huà)出。各視頻行的行同步脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻沿縱坐標(biāo)方向畫(huà)出。兩相鄰行同步脈沖之間的時(shí)間差用符號(hào)△ks來(lái)表示。參考符號(hào)lv表示線性回歸的回歸長(zhǎng)度。參考符號(hào)RG表示回歸線。參考符號(hào)AS表示自回歸計(jì)算的當(dāng)前估值。在原理上，回歸長(zhǎng)度lv相應(yīng)于常規(guī)PLL濾波的時(shí)間常數(shù)，因此影響到對(duì)有噪聲信號(hào)的噪聲抑制。回歸長(zhǎng)度25和10約相應(yīng)于歐洲現(xiàn)行供標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)(天線和SCART輸入)使用的系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)。在圖6選擇了10個(gè)取樣值的回歸長(zhǎng)度。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都熟知線性回歸的必需的計(jì)算操作，因此不需要在此再作進(jìn)一步的描述。
以下更詳細(xì)地描述HSYNC校正單元50的操作。如上所述，在由工作在特技模式下的模擬錄像機(jī)產(chǎn)生的視頻信號(hào)中，由于視頻磁頭的軌跡變化，水平頻率發(fā)生突然的相變。這些突然的相變?cè)斐晒?、不希望有的模擬PLL或在數(shù)字處理的情形中其數(shù)字實(shí)現(xiàn)的瞬態(tài)響應(yīng)。本發(fā)明在出現(xiàn)突然相變或其它干擾的情況下采用水平信號(hào)濾波，明顯改善了再現(xiàn)質(zhì)量。這是通過(guò)迅速切換至新的相角來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在理想的情況下，不再看得到干擾行，圖像非常穩(wěn)定。圖7表示識(shí)別突然相變的原理。在圖7中，一視頻行的各個(gè)像素位置沿橫坐標(biāo)方向給出?？偸羌俣啃械南袼?cái)?shù)是恒定的。對(duì)于18MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘，每行有1152個(gè)像素。各視頻行號(hào)沿縱坐標(biāo)方向標(biāo)繪出。圖7中的圓圈表示各行的被確定的行同步脈沖位置。顯然，行同步脈沖位置一方面不穩(wěn)定，另一方面受到調(diào)整錄像機(jī)的磁鼓轉(zhuǎn)速造成的持續(xù)頻率變化的支配。在圖7的中部可看到突然的相變，這是由在搜索模式下在軌跡轉(zhuǎn)換的過(guò)程中磁頭換向所造成的。圖7中的十字代表基于所測(cè)定的行同步脈沖位置的線性回歸的內(nèi)插估算值。容差區(qū)TOLB起識(shí)別突然相變的第一檢測(cè)判據(jù)的作用。如果已測(cè)定行同步脈沖位置在先前計(jì)算的容差區(qū)TOLB之外，則可能出現(xiàn)突然的相變。為此，作進(jìn)一步的檢查以便確定對(duì)于接著的兩個(gè)或更多個(gè)被測(cè)行同步脈沖位置，新計(jì)算的容差區(qū)是否得到遵守。如果情況屬實(shí)，就識(shí)別到了突然的相變，因此，具有參考符號(hào)Φs的視頻行就是這種情況。然后不再根據(jù)行120-125的被測(cè)行同步脈沖位置而是根據(jù)行126-128等的被測(cè)行同步脈沖位置計(jì)算新的行同步脈沖位置。于是，在識(shí)別到突然相變之后，就關(guān)閉線性回歸的存儲(chǔ)器，而緩慢地累積新的存儲(chǔ)器。
如圖2所示，如果使用的顯示器是陰極射線管，則因?yàn)楸仨毷雇蝗坏念l率變化不加重水平偏轉(zhuǎn)電路的負(fù)荷，就需要利用緩沖存儲(chǔ)器補(bǔ)償該突然的相變，以便保護(hù)這些水平偏轉(zhuǎn)電路。在圖2的示范性實(shí)施例中使用幀存儲(chǔ)器就滿足了這種需要。為了保護(hù)陰極射線管的水平偏轉(zhuǎn)電路，就必須在突然的相變之后或在丟失了同步脈沖的情況下再立即輸出新的同步脈沖。這可例如通過(guò)輸出仍根據(jù)線性回歸的老知識(shí)庫(kù)(存儲(chǔ)器)進(jìn)行計(jì)算的估值來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些估值在圖7中用參考符號(hào)EXT HSYNC表示。
為了保護(hù)水平偏轉(zhuǎn)電路，可以利用例如以下輸出特性來(lái)輸出行同步脈沖。設(shè)Th是視頻行的標(biāo)準(zhǔn)行持續(xù)時(shí)間，如果在一輸出的HSYNC脈沖之后被檢測(cè)的行同步脈沖已經(jīng)出現(xiàn)在視頻行的前半段，就可忽略該被檢測(cè)的行同步脈沖。如果被檢測(cè)行同步脈沖出現(xiàn)在時(shí)限1/2 Th＜△ks≤1 1/2 Th，就按照相應(yīng)于被濾波值的方式在被檢測(cè)行同步脈沖的基礎(chǔ)上輸出下一個(gè)HSYNC脈沖。但是，如果甚至在過(guò)去了時(shí)間1 1/2Th之后仍沒(méi)有其它行同步脈沖出現(xiàn)，就必需輸出估算的HSYNC脈沖，以便保護(hù)水平偏轉(zhuǎn)電路和避免兩場(chǎng)的垂直偏移。
對(duì)于所闡明的原理，在例如錄像機(jī)特技模式下的圖像質(zhì)量取決于硬件成本。在圖2的例示性實(shí)施例中，由于彩色譯碼器100的等待時(shí)間，已有約2個(gè)視頻行周期可用來(lái)識(shí)別突然的相變，這樣就只有約一個(gè)受干擾的視頻行。如果再用上作為任選部件示出的行存儲(chǔ)器30，就能夠輸出看不到干擾的完全校正的圖像。這也在圖8中示出。圖8a示出未受干擾的視頻幀。圖8b表示在采用公知的PLL濾波時(shí)，在倍速的快進(jìn)模式下的通常圖像干擾。相反地，圖8c表示在采用本發(fā)明的方法和不使用附加行存儲(chǔ)器時(shí)被顯示的圖像。在這種情況下，只有兩個(gè)視頻行受到干擾。
與已知方法相比，VSYNC檢波器電路90的垂直信號(hào)處理實(shí)際上不變。為了檢測(cè)垂直同步脈沖，首先利用同步閾值產(chǎn)生單個(gè)二進(jìn)制信號(hào)。該信號(hào)控制遞增/遞減計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)值一方面確定了垂直同步脈沖，另一方面根據(jù)當(dāng)前VSYNC脈沖和最后HSYNC脈沖之間的時(shí)間差確定場(chǎng)號(hào)。
這種解決方案即使在錄像機(jī)的不同特技模式之間的每場(chǎng)行數(shù)發(fā)生變化的臨界轉(zhuǎn)換過(guò)程期間也能夠產(chǎn)生良好的垂直同步，沒(méi)有場(chǎng)偏移。
識(shí)別突然相變的上級(jí)程序如圖9所示。每當(dāng)重新檢測(cè)到行同步脈沖，校正單元50就執(zhí)行該程序。標(biāo)號(hào)200表示程序開(kāi)始。在詢問(wèn)205中，判斷標(biāo)號(hào)(label)是否已取數(shù)值1。如果是，就在隨后的詢問(wèn)210中判斷被測(cè)行同步脈沖位置是否在當(dāng)前知識(shí)庫(kù)WB0的容差區(qū)內(nèi)。如果是，就在隨后的詢問(wèn)215中判斷計(jì)數(shù)器是否取2還是大于2的值。如果是，就在程序步驟220把被測(cè)行同步脈沖位置傳送給當(dāng)前知識(shí)庫(kù)WB0。如果合適的話，在該步驟還刪除當(dāng)前知識(shí)庫(kù)WB0較老的值。然后，在程序步驟225，利用線性回歸計(jì)算要被輸出的HSYNC脈沖的內(nèi)插估值。在當(dāng)前知識(shí)庫(kù)WB0的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算。在程序步驟230，輸出該內(nèi)插估值，即把其存入存儲(chǔ)器供以后輸出。在程序步驟235計(jì)算當(dāng)前知識(shí)庫(kù)WB0新的容差區(qū)間。最后，在程序步驟240順便把標(biāo)號(hào)設(shè)定為值0。程序然后在程序步驟245中結(jié)束。假設(shè)在程序的后續(xù)處理期間，在詢問(wèn)210中確認(rèn)被測(cè)行同步脈沖不再在當(dāng)前知識(shí)庫(kù)WB0的容差區(qū)之內(nèi)。在程序步驟280把計(jì)數(shù)器COU設(shè)定為值0。隨后在程序步驟320把當(dāng)前被測(cè)行同步脈沖位置存入新的知識(shí)庫(kù)WB1。然后在程序步驟325計(jì)算當(dāng)前視頻行的外插估值，但仍在老知識(shí)庫(kù)WB0的基礎(chǔ)上計(jì)算該估值。該計(jì)算值在程序步驟330被輸出，即可從存儲(chǔ)器中輸出。然后在程序步驟335計(jì)算新知識(shí)庫(kù)WB1的容差區(qū)。在程序步驟340遞增計(jì)數(shù)器COU。在程序步驟345把標(biāo)號(hào)復(fù)位為值1。在程序的后續(xù)處理期間，在詢問(wèn)285中判斷新的被測(cè)行同步脈沖是否在知識(shí)庫(kù)WB1的新計(jì)算的容差區(qū)之內(nèi)。如果是，就在詢問(wèn)290中判斷計(jì)數(shù)器COU是否計(jì)數(shù)到了計(jì)數(shù)值2。假設(shè)此時(shí)還沒(méi)有計(jì)數(shù)到計(jì)數(shù)值2。在這種情況下，再執(zhí)行程序步驟320至345，程序在程序步驟245結(jié)束。在接著的程序運(yùn)行中，假設(shè)計(jì)數(shù)器COU在程序步驟290已計(jì)數(shù)到計(jì)數(shù)值2。在這種情況下，在程序步驟295同樣把被測(cè)行同步脈沖位置存入新的知識(shí)庫(kù)WB1。然后在程序步驟300，計(jì)算最近要輸出的HSYNC脈沖的內(nèi)插估值?，F(xiàn)在在新的知識(shí)庫(kù)WB1的基礎(chǔ)上執(zhí)行內(nèi)插。在程序步驟305輸出該內(nèi)插估值。在程序步驟310計(jì)算知識(shí)庫(kù)WB1的新的容差區(qū)。在執(zhí)行了這一程序步驟之后，在程序步驟315把標(biāo)號(hào)設(shè)定為值1。程序此后也在程序步驟245結(jié)束?，F(xiàn)在假定在后續(xù)的程序運(yùn)行中，在詢問(wèn)285中確認(rèn)被測(cè)行同步脈沖位置位于知識(shí)庫(kù)WB1的容差區(qū)之外。然后在程序步驟350把計(jì)數(shù)器COU復(fù)位為值0。在程序步驟250，把被測(cè)行同步脈沖存入此時(shí)為新的知識(shí)庫(kù)WB0。按照與程序步驟325至340相似的方式，在程序步驟255至270計(jì)算要被輸出的HSYNC脈沖的外插值，還計(jì)算知識(shí)庫(kù)WB0的新的容差區(qū)。在程序步驟270同樣遞增計(jì)數(shù)器，在程序步驟275把標(biāo)號(hào)設(shè)定為值1。程序然后再次在程序步驟245結(jié)束。還應(yīng)該指出在程序步驟320和250中，在每種情況下都再次積累新知識(shí)庫(kù)，可重寫(xiě)不再需要的較老的知識(shí)庫(kù)。最好把在程序步驟300、325、255和225中的內(nèi)插還有外插行同步脈沖位置的計(jì)算實(shí)現(xiàn)為在濾波器裝置60中處理的子程序。
最后，再描述用來(lái)抑制被錯(cuò)誤識(shí)別的水平脈沖和/或用來(lái)產(chǎn)生被省略的水平脈沖的程序的結(jié)構(gòu)圖。在圖10中，標(biāo)號(hào)400表示程序開(kāi)始。在詢問(wèn)405中判斷是否在視頻行的半個(gè)行持續(xù)時(shí)間內(nèi)已識(shí)別到行同步脈沖。如果是，程序就在程序步驟420結(jié)束，抑制該被識(shí)別的行同步脈沖。如果在詢問(wèn)405中得到否定的結(jié)果，就在詢問(wèn)410中判斷在前半個(gè)行持續(xù)時(shí)間之后直至下一個(gè)行持續(xù)時(shí)間的前半段的末尾的時(shí)間內(nèi)是否有行同步脈沖出現(xiàn)。如果情況屬實(shí)，就在程序步驟425產(chǎn)生相關(guān)的內(nèi)插HSYNC脈沖。程序然后在程序步驟420結(jié)束。如果該詢問(wèn)410得不到滿足，就輸出外插值以便輸出HSYNC脈沖，并允許其產(chǎn)生。程序然后在程序步驟420結(jié)束。所描述的程序最好在處理器單元70中處理。
可以對(duì)所描述的例示性實(shí)施例作各種改進(jìn)，這些改進(jìn)都被認(rèn)為在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。已描述的用來(lái)確定準(zhǔn)確的行同步脈沖位置的原理如果合適的話也可與普通的PLL濾波一起應(yīng)用。相反地，本發(fā)明的具有線性估算的垂直濾波也可結(jié)合利用行同步脈沖的下降沿確定行同步脈沖位置的已有技術(shù)應(yīng)用。但是，當(dāng)共同采用本發(fā)明的兩種改進(jìn)的措施將得到最好的結(jié)果。當(dāng)然，在用矩陣顯示器(例如LCD或等離子體顯示器)來(lái)代替顯象管時(shí)，也可以應(yīng)用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1．一種獲得視頻信號(hào)的行同步信息項(xiàng)的方法，其特征在于以下方法步驟之一或兩者a)通過(guò)把相應(yīng)視頻行的視頻信號(hào)的全部或一部分與圖形函數(shù)進(jìn)行卷積和對(duì)該卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)((φsv(k))進(jìn)行分析來(lái)準(zhǔn)確地確定所出現(xiàn)的行同步脈沖的位置；b)沿時(shí)間方向執(zhí)行對(duì)行同步脈沖位置的濾波，在每種情況下對(duì)行同步信息項(xiàng)的正確位置執(zhí)行線性或非線性估算。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用理想的行同步脈沖作為圖形函數(shù)。
3．如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于對(duì)卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)((φsv(k))的分析包括確定該結(jié)果函數(shù)的最大值或最小值，該最大值或最小值的位置規(guī)定了行同步脈沖的位置。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于為了確定結(jié)果函數(shù)(φsv(k))的最大值或最小值，求該結(jié)果函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)并確定該一階導(dǎo)數(shù)的零點(diǎn)，該零點(diǎn)則規(guī)定了最大值或最小值的位置。
5．如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在確定卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)的零點(diǎn)的過(guò)程中，執(zhí)行線性回歸，并確定坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)與回歸線之間的交點(diǎn)。
6．如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于根據(jù)一階導(dǎo)數(shù)在零點(diǎn)處的梯度是大于還是小于預(yù)定的最小或最大值來(lái)確定結(jié)果函數(shù)的最大值或最小值。
7．根據(jù)以上任一權(quán)利要求的方法，其特征在于利用包括若干個(gè)前面行同步脈沖的位置的知識(shí)庫(kù)(WB0,WB1)執(zhí)行線性或非線性估算。
8．根據(jù)以上任一權(quán)利要求的方法，其特征在于對(duì)于線性估算執(zhí)行行同步脈沖的位置的線性回歸。
9．根據(jù)以上任一權(quán)利要求的方法，其特征在于判斷在行同步脈沖的一些位置處是否發(fā)生了突然的變化，如果是，就關(guān)閉在行同步脈沖的位置的時(shí)域?yàn)V波期間線性或非線性估算的知識(shí)庫(kù)(WB0,WB1)或?qū)⑵滢D(zhuǎn)換至不同的范圍。
10．實(shí)現(xiàn)以上任一權(quán)利要求的方法的裝置，其特征在于包括以下之一或兩者a)行同步信號(hào)識(shí)別單元(40)，在該識(shí)別單元中通過(guò)把一視頻行的全部或部分視頻信號(hào)與圖形函數(shù)進(jìn)行卷積并隨后分析該卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)來(lái)確定行同步脈沖的準(zhǔn)確位置；b)濾波器裝置(60)，沿時(shí)間方向?yàn)V波行同步脈沖的位置，在每種情況下對(duì)行同步脈沖的已校正位置執(zhí)行線性或非線性估算。
11．如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于還具有突然位置變化識(shí)別單元(50)，判斷行同步脈沖的一些特定位置是否發(fā)生了突然的變化，在識(shí)別出突然的變化之后，致使濾波器裝置(60)關(guān)閉其用于線性或非線性估算的知識(shí)庫(kù)(WB0,WB1)或?qū)⑵淝袚Q至不同的范圍。
12．如權(quán)利要求10或11所述的裝置，其特征在于的行同步信號(hào)識(shí)別單元(40)包括用于卷積運(yùn)算的MTA(運(yùn)動(dòng)時(shí)間平均值)濾波器。
全文摘要
一種獲得視頻信號(hào)的行同步信息項(xiàng)的方法。該方法包括以下改進(jìn)的措施:a)通過(guò)執(zhí)行視頻行的視頻信號(hào)和圖形函數(shù)的卷積運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)行同步脈沖的準(zhǔn)確位置的確定。然后通過(guò)分析該卷積運(yùn)算的結(jié)果函數(shù)(φ
文檔編號(hào)H04N5/08GK1211868SQ9811873
公開(kāi)日1999年3月24日 申請(qǐng)日期1998年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月27日
發(fā)明者羅蘭·拉里斯, 阿爾布雷克特·羅瑟梅爾 申請(qǐng)人:德國(guó)湯姆遜-布朗特公司