高清晰度b-mac電視信號(hào)傳輸系統(tǒng)的制作方法

專利名稱：高清晰度b-mac電視信號(hào)傳輸系統(tǒng)的制作方法
本申請(qǐng)是美國(guó)專利申請(qǐng)092305號(hào)(1987、9、2)和228274號(hào)(1988、8、4)的部分接續(xù)申請(qǐng)。
本發(fā)明涉及電視信號(hào)傳輸系統(tǒng)，特別是關(guān)于這樣一種電視信號(hào)傳輸系統(tǒng)，它用于傳輸一種信號(hào)，與按國(guó)家電視制式委員會(huì)(NTSC)或歐洲制式的標(biāo)準(zhǔn)分辨率的傳輸信號(hào)相比，該信號(hào)能提供較高的圖象分辨率。
在水平和垂直方向上都能增加圖象清晰度的傳輸?shù)碾娨曅盘?hào)日益受到重視。在垂直方向上，這種信號(hào)比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的行數(shù)能增加一倍，同時(shí)，在水平方向上每行的象素也增加。由于使用一般的水平和垂直分辨率的結(jié)果，對(duì)傳輸信號(hào)寬屏幕顯示具有相反的效應(yīng)。如果從一個(gè)相對(duì)很近的距離觀看，觀眾看普通信號(hào)會(huì)抱怨圖象質(zhì)量模糊或不清楚。這些不利的效果可由一個(gè)較高分辨率的圖象來(lái)克服，但是現(xiàn)行的傳輸系統(tǒng)不適合傳輸高分辨率圖象。
在與此有關(guān)的原始申請(qǐng)092305號(hào)(1987、9、2)中描述了一種不需要增加信號(hào)傳輸帶寬而提供高分辨率圖象的解決方案。根據(jù)數(shù)字抽樣技術(shù)把一個(gè)高分辨率信號(hào)對(duì)角濾波，并在隔行上交替地丟樣，留下一個(gè)5點(diǎn)形或梅花形圖樣。把奇數(shù)行抽樣加到偶數(shù)行抽樣上，形成一個(gè)行累加信號(hào)。利用斜對(duì)稱濾波技術(shù)，把高分辨率水平信息折疊到通常攜帶邊界值對(duì)角信息的信號(hào)區(qū)域內(nèi)。傳輸信號(hào)中對(duì)角信息的損失對(duì)發(fā)射機(jī)上初始的高分辨率輸入不會(huì)造成看得出的差異。在發(fā)射機(jī)中信存儲(chǔ)視頻行，不需要場(chǎng)存儲(chǔ)。此外，與現(xiàn)有技術(shù)的插入技術(shù)相比，接收機(jī)所需的數(shù)字濾波也相對(duì)便宜。
傳輸高分辨率圖象問(wèn)題的另一種解決方案是傳送一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電視信號(hào)，并制造和發(fā)送一個(gè)所謂的增強(qiáng)通道。按照上述第一種方案，需要一種新的接收機(jī)，用來(lái)處理接收到的標(biāo)準(zhǔn)帶寬信號(hào)。按照第二種方案，用于接收和顯示標(biāo)準(zhǔn)分辨率圖象的接收機(jī)電路不必改變，然而需要一個(gè)單獨(dú)的附加電路，用于接收包含高分辨率數(shù)據(jù)的增強(qiáng)通道，并把高分辨率數(shù)據(jù)重組成標(biāo)準(zhǔn)分辨率圖象，以便提供一個(gè)高分辨率圖象。
在1988年8月4日提出的尚待批準(zhǔn)的申請(qǐng)228274號(hào)中描述了一種使用增強(qiáng)通道來(lái)增加NTSC視頻信號(hào)的清晰度的方法和裝置。按照該申請(qǐng)中使用的方法，從一個(gè)高分辨率電視信號(hào)中產(chǎn)生一個(gè)行和信號(hào)和一個(gè)行差信號(hào)。通過(guò)在視頻信號(hào)帶寬的正中間行和信號(hào)翻轉(zhuǎn)交替抽樣，可以把高分辨率水平信息轉(zhuǎn)換成基帶，并把它加到從行差信號(hào)來(lái)的高分辨率垂直信息上，按要求的增強(qiáng)通道一起傳送。
但是，這些方案都不能解決這樣的問(wèn)題，對(duì)發(fā)送高清晰度模擬分量(MAC)電視信號(hào)的問(wèn)題提供一個(gè)方法，與標(biāo)準(zhǔn)分辨率電視信號(hào)相比具有增加的水平和垂直分辨率，但又不需要更改現(xiàn)存的用于接收標(biāo)準(zhǔn)分辨率MAC復(fù)合信號(hào)的接收/解碼裝置。
在70年代期間，本發(fā)明人和英國(guó)IndependentBroadcastAuthority的同事把局部奈奎斯特抽樣技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電視領(lǐng)域。在由K.HBarratt和本發(fā)明人發(fā)表在I.B.A.TechnicalReview上第3-15頁(yè)上的，題為“局部奈奎斯特抽樣介紹”的文章中，描述了用于消除混淆的數(shù)字技術(shù)。在21-26頁(yè)上由J.H.Jaylor所寫(xiě)的題為“數(shù)字式局部奈奎斯特濾波器”的一篇同伴文章中，描述了一種用于視頻數(shù)據(jù)下變頻和上變頻的梳狀濾波器，它可以用在PAL電視信號(hào)的場(chǎng)合下優(yōu)化信號(hào)抽樣。這些抗混淆數(shù)字抽樣技術(shù)為改善水平分辨率提供了試驗(yàn)性的基礎(chǔ);然而，在技術(shù)上仍需要一種能同時(shí)改善被傳輸?shù)膹?fù)用模擬分量電視信號(hào)的水平和垂直分辨率的方法和裝置。
本發(fā)明涉及一種用于傳送和接收高分辨率復(fù)用模擬分量(MAC)電視信號(hào)的方法和裝置。按照復(fù)合信號(hào)傳輸?shù)腂-型MAC傳輸制式，在一個(gè)有效行期間傳送視頻信號(hào)，而在一個(gè)行消隱期間或一個(gè)較長(zhǎng)的場(chǎng)消隱期間包含了所有的其它信號(hào)，這些信號(hào)至少包括音頻，控制數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)及圖文電視。各自的亮度和色度信號(hào)在一條視頻行信號(hào)中各個(gè)期間被數(shù)字化抽樣，壓縮和傳輸。按照公知的B-MAC制式，為了傳輸亮度抽樣，按3∶2的比率壓縮，而色度按3∶1的比率壓縮。色度信息轉(zhuǎn)換成U和V分量，每隔一行傳輸一個(gè)分量。
為了在一般的，或根據(jù)本發(fā)明方法的復(fù)用模擬分量制式的限制下實(shí)現(xiàn)高清晰度視頻信息的傳輸，一個(gè)高水平清晰度信息被折合成抽樣視頻信號(hào)的對(duì)角分量。在低于5MHZ(按模式，時(shí)軸壓縮為3∶2時(shí)為7MHZ)的基帶頻率下，不改變信號(hào)的頻譜。因此，由于標(biāo)準(zhǔn)的B-MAC解碼器在其輸入端一般都裝有6.3MHZ的通帶低通濾波器，折疊的高清晰度信息不會(huì)影響接收。在高頻上的附加的傳輸信息被完全阻塞并忽略不計(jì)。
特別地，按照本發(fā)明的傳輸方法，首先以28MHZ(彩色副載波頻率3.85MHZ的8倍速率或8FSC)對(duì)一個(gè)高清晰度模擬電視信號(hào)正交抽樣。其結(jié)果獲得一個(gè)二維抽樣頻譜，然后它通過(guò)一個(gè)對(duì)角數(shù)字濾波器，濾波器降低了對(duì)角頻率響應(yīng)，但這種降低對(duì)電視觀眾幾乎是難以察覺(jué)的。
然后，利用隔行丟棄交替抽樣，去除大部分對(duì)角濾波數(shù)據(jù)，其結(jié)果留下一個(gè)5點(diǎn)形或梅花圖形抽樣。由于交替除去抽樣的結(jié)果，基帶頻譜保持不變，但在半抽樣頻率和抽樣頻率處存在包含水平和垂直分辨率分量的高頻分辨率重復(fù)頻譜，該重復(fù)頻譜用于把附加分辨率折疊成基帶信號(hào)。
此后可以把折疊信號(hào)的抽樣轉(zhuǎn)換成模擬形式，并通過(guò)一個(gè)低通斜對(duì)稱濾波器，中心在7兆赫或者類似的數(shù)字濾波器。于是，與水平方向相關(guān)的高分辨率信息圍繞位于7兆赫處的一個(gè)對(duì)角軸線被折疊成通過(guò)的基帶信號(hào)的5至7兆赫或高頻分量。實(shí)際上，是用高分辨信息代替了對(duì)角信息。
按照本發(fā)明的傳輸裝置，編碼器的數(shù)字對(duì)角濾波器可以包括單獨(dú)的水平和垂直濾波器。如果水平濾波器復(fù)雜到在阻帶中足以獲得一個(gè)40dB的衰減，發(fā)射機(jī)中的垂直濾波器可以做得非常簡(jiǎn)單。例如，發(fā)射機(jī)的水平濾波器(允許0-5MHZ通帶)在復(fù)雜性上可具有16個(gè)系數(shù)。除了在發(fā)射機(jī)中用于對(duì)角濾波允許很簡(jiǎn)單的垂直濾波器之外，還可以看到這樣一種結(jié)果，那就是，由于在發(fā)射機(jī)中采用了一個(gè)復(fù)雜的水平濾波器，在接收相中可以采用一個(gè)非常廉價(jià)和簡(jiǎn)單的對(duì)角濾波裝置。特別是，接收機(jī)中的一個(gè)5MHZ低通濾波器僅需要包含8個(gè)系數(shù)。雖然本發(fā)明是通過(guò)改善亮度水平清晰度來(lái)描述的，該項(xiàng)技術(shù)和裝置也可以用來(lái)改善色度的水平清晰度。


圖1是用于高清晰度電視信號(hào)的垂直-水平清晰度的圖示。
圖2表示一個(gè)正交抽樣網(wǎng)格，用于在28.6兆赫(用9兆赫預(yù)濾波后的8FSC)對(duì)圖1中的信號(hào)抽樣。
圖3是用于采用了圖2中的正交抽樣網(wǎng)格的結(jié)果，在抽樣頻率中心處形成與基帶頻譜相同的一個(gè)重復(fù)頻譜。
圖4是包括對(duì)角信息的垂直-水平清晰度曲線圖，從圖3的正交抽樣頻譜中濾除了例如5至9兆赫之間的一組數(shù)據(jù)。
圖5表示通過(guò)在隔行上丟棄交替的抽樣形成的一個(gè)14MHZ抽樣網(wǎng)格，而獲得一個(gè)5點(diǎn)形或梅花形抽樣圖形。
圖6是表示丟棄交替抽樣的結(jié)果的圖形，除了在28MHZ處的重復(fù)頻譜外，在半初始抽樣速率14MHZ處行起了兩個(gè)重復(fù)頻譜。
圖7a是圖示的垂直-水平分辨率圖形，用來(lái)表示在一個(gè)近似7MHZ的中心頻率附近的濾波過(guò)程，該濾波器具有一個(gè)斜對(duì)稱低通響應(yīng)，圖7b是振幅-頻率響應(yīng)曲線。
圖8是接收機(jī)完成過(guò)程的第一步驟的圖示。為了在14MHZ處使用圖5所示的5點(diǎn)形圖進(jìn)行重新抽樣，把折疊的高分辨水平方向信息恢復(fù)成高頻。圖8a表示垂直-水平清晰度的第一圖解，圖8b表示振幅-頻率的第二圖解，它顯示出混淆怎樣被消除，以及靠近7MHZ的信息是怎樣由濾波器的斜對(duì)稱特性再生的。
圖9是垂直-水平清晰度的圖示，顯示出從14兆赫至28兆赫上變頻的結(jié)果。在對(duì)角濾波時(shí)，在5-9兆赫范圍內(nèi)的高對(duì)角頻率中出現(xiàn)一個(gè)零區(qū)，留下一個(gè)具有高水平分辨率的信號(hào)，但是對(duì)角信息的損失是難以察覺(jué)的。
圖10是用于對(duì)高清晰度B-MAC電視信號(hào)編碼的發(fā)射機(jī)裝置的示意圖。
圖11是用于對(duì)高清晰度B-MAC電視信號(hào)解碼的接收裝置的示意圖。
圖12是包含系數(shù)數(shù)據(jù)，圖10中所示的，一個(gè)16系數(shù)水平低通濾波器特性響應(yīng)的圖示。
圖13是圖11中所示的，包含系數(shù)數(shù)據(jù)的一個(gè)8系數(shù)的水平低通濾波器特性響應(yīng)的圖示。
圖14是與每個(gè)圖象高度相一致的垂直分辨率相對(duì)于與每個(gè)圖象寬度相一致的水平分辨率的圖示，它顯示出與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，但是在B-MAC中使用特有的掃描轉(zhuǎn)換行加倍技術(shù)的本發(fā)明，與一個(gè)1125行MUSE信號(hào)傳輸系統(tǒng)中使用的較昂貴的多元場(chǎng)存儲(chǔ)技術(shù)相比較的特性。
圖15是在本技術(shù)中，采用三個(gè)濾波器;對(duì)角濾波，前置濾波以及斜對(duì)稱濾波的振幅-頻率和水平-垂直分辨率的圖示，圖15a是振幅-頻率，圖15b是垂直-水平分辨率。
圖16是與圖14比較的一個(gè)傳輸信號(hào)的二維輪廓響應(yīng)的圖示，按照本發(fā)明在一個(gè)系統(tǒng)中，水平分辨率被轉(zhuǎn)換成對(duì)角分辨率。
參見(jiàn)圖1，圖示出根據(jù)垂直-水平分辨率畫(huà)出的高清晰度電視信號(hào)。
按照?qǐng)D1采用的本方法適用于使用525行逐行掃描的高清晰度16∶9寬高比圖象，在9兆赫處的水平分辨率至少有945行。這種類型的逐行掃描信號(hào)提供480行垂直分辨率。
以這種信號(hào)作為輸入，參照一種新型B-MAC信號(hào)為例介紹，它能在對(duì)角分辨率損失很小的范圍內(nèi)載有提高了的分辨率。然而，它也同樣可以用于其它復(fù)用模擬分量視頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)。增加的分辨率被折疊成視頻高頻。在低于5MHZ的基帶頻率處(在MAC中時(shí)軸壓縮時(shí)為7MHZ)不會(huì)改變頻譜。由于熟知的B-MAC解碼器具有一個(gè)帶通限為6.3MHZ的低通輸入濾波器，解碼操作不會(huì)受到附加的傳輸信息的影響。另一方面，按照本發(fā)明的B-MAC解碼器將折疊的水平細(xì)節(jié)信息恢復(fù)解碼，而產(chǎn)生由接收機(jī)顯示的高分辨率圖象。
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分辨率525行2∶1隔行的電視信號(hào)由兩個(gè)各包含240個(gè)有效行的場(chǎng)構(gòu)成。每隔一(奇數(shù))場(chǎng)的行相對(duì)于偶數(shù)場(chǎng)的行具有空間的偏移，以便把所有480個(gè)有效行整齊地配置到顯示屏幕上。
原則上說(shuō)，這種行結(jié)構(gòu)可以為靜止圖象提供一個(gè)480行的分辨率，然而標(biāo)準(zhǔn)的隔行顯示不能獲得這個(gè)值。理由就在于實(shí)際上每場(chǎng)只顯示240行，希望人的眼/腦把兩個(gè)場(chǎng)合起來(lái)并感覺(jué)出所有的480行，這不可能完美地做到。在第二場(chǎng)到達(dá)時(shí)(遲到1/60秒)，由眼/腦感覺(jué)的第一場(chǎng)的密度已降低到了其初始值的50%。這樣就有兩后果(ⅰ)在顯示中可以看見(jiàn)行結(jié)構(gòu)。
(ⅱ)超過(guò)240行的幀頻在顯示中部分地被混淆了。
最終的結(jié)果是，對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分辨率為525行的隔行顯示，人所感覺(jué)到的垂直分辨率處于480行與240行之間。480行以下的垂直分辨率通常采用一個(gè)稱為“Kell系數(shù)”的概念來(lái)描述感覺(jué)到的分辨率＝480×0.66(Kell系數(shù))＝320行對(duì)于靜止圖象，Kell系數(shù)可以完全消去，并通過(guò)在每個(gè)1/60秒場(chǎng)周期中顯示所有480行(來(lái)自奇數(shù)和偶數(shù)場(chǎng)兩者)使分辨率恢復(fù)到480行。這種技術(shù)被稱為掃描轉(zhuǎn)換。該技術(shù)的應(yīng)用包括使用一個(gè)存儲(chǔ)所有240個(gè)有效行的場(chǎng)存儲(chǔ)記憶裝置，用于在場(chǎng)與場(chǎng)之間移動(dòng)信息，并且按正常行頻的兩倍顯示。然而，由于在場(chǎng)與場(chǎng)之間會(huì)發(fā)生明顯的移動(dòng)，這種方法僅能用于圖象的靜止部分。因此，還需要一個(gè)移動(dòng)檢測(cè)器以便使場(chǎng)內(nèi)插入法能用于靜止物體，而把行插入法用于移動(dòng)物體。掃描轉(zhuǎn)換技術(shù)采用自適應(yīng)場(chǎng)存貯行加倍技術(shù)，從而使靜止圖象獲得480行垂直分辨率，并在圖象中移動(dòng)的動(dòng)態(tài)區(qū)域獲得近似320行垂直分辨率。
場(chǎng)存貯行加倍作為增加垂直分辨率的一種標(biāo)準(zhǔn)方法得到了電視機(jī)廠商的肯定。其主要優(yōu)點(diǎn)是能消除行結(jié)構(gòu)并顯著地改善圖象質(zhì)量，而無(wú)需任何附加傳輸信息。有些電視機(jī)和放映機(jī)廠商使用獨(dú)占的行加倍技術(shù)，包括Philips，Hitachi，Sony，IRegami等，其明顯的優(yōu)點(diǎn)有1、該技術(shù)同樣地適用于從任何信號(hào)源，包括S-VHSVCRS接收到的分量信號(hào)(亮度，色度)或NTSC信號(hào)。
2、該技術(shù)被用在電視接收機(jī)中，因此，容許保留525隔行電視機(jī)(NTSC或?qū)拵/C)。
3、電視圖象發(fā)射裝置中的場(chǎng)存貯可以用于其它的用戶功能，例如圖象中成象，以及噪聲降低。
4、該技術(shù)不需要附加傳輸信息，并使任何一種高清晰度電視(HDTV)制式能集中致力于增加水平清晰度的問(wèn)題。
在ChristopherBirch與本文同時(shí)相伴提出的題目為“掃描轉(zhuǎn)換的方法和裝置”，尚待批準(zhǔn)的申請(qǐng)255328號(hào)中，描述了一種改善電視信號(hào)的垂直分辨率的技術(shù)，使用了多個(gè)交替的插入值用于顯示，并根據(jù)對(duì)電視信號(hào)的明暗，運(yùn)動(dòng)及垂直邊界變遷的測(cè)試，有選擇地決定一個(gè)特殊值。
為了解決增加水平分辨率的問(wèn)題，現(xiàn)存的高清晰度MAC系統(tǒng)采用次奈奎斯特(Sub-Nyguist)抽樣(頻譜折疊)來(lái)轉(zhuǎn)換對(duì)角分辨率，用于增加水平分辨率。該過(guò)程將結(jié)合圖2至9來(lái)描述，而發(fā)射機(jī)或接收機(jī)中的設(shè)備將結(jié)合圖10至11來(lái)描述。所引用的全部頻率(帶寬和抽樣頻率)都與一個(gè)B-MAC信號(hào)的未壓縮的亮度信號(hào)有關(guān)。在時(shí)軸壓縮(MAC)區(qū)域中的等效帶寬和抽樣頻率必須增加一個(gè)1.5(3∶2)的系數(shù)。
首先用一個(gè)低通模擬濾波器將525行2∶1隔行的亮度信號(hào)限帶至9MHZ。參考圖10，該濾波器被稱為8.7MHZ前置濾波器。這個(gè)帶寬(BW)足夠?qū)捯垣@得每個(gè)圖象寬度(PW)的945行水平分辨率，計(jì)算如下行/PW＝BW× (有效行)/(總行數(shù)) × 2/(行頻) ＝945行/PW這一信號(hào)最初利用如圖2所示的正交抽樣網(wǎng)格在28.6MHZ(8FSC)上抽樣。正交抽樣結(jié)果，根據(jù)圖3，基帶頻譜以及重復(fù)頻譜中心位于抽樣頻率結(jié)果處?；鶐ьl譜在達(dá)到9MHZ或945行處包含高水平分辨率成分，如上述計(jì)算。
然后，用一個(gè)對(duì)角數(shù)字濾波器降低對(duì)角頻率響應(yīng)(步驟2)。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，如以下結(jié)合圖10和11描述的，采用分開(kāi)的水平和垂直濾波器。參見(jiàn)圖4，可以看到基帶頻譜和重復(fù)頻譜中在5至9兆赫之間的行頻處的對(duì)角(水平-垂直)信息塊被消除了。
現(xiàn)在，除去間隔的抽樣，在近似14MHZ(4FSC)上留下一個(gè)“5點(diǎn)形”(梅花形)抽樣圖形，而不產(chǎn)生混淆。按照?qǐng)D5，隔行上的間隔抽樣被除掉了。
步驟3的結(jié)果是一個(gè)數(shù)字抽樣序列，現(xiàn)具有圖6所示的密集的二維頻譜，圖中在交替抽樣的丟棄步驟中使用的14兆赫抽樣頻率處存在重復(fù)頻譜。
在傳輸之前，水平分辨率矯正信息被折疊成傳輸信號(hào)。例如，抽樣可以被轉(zhuǎn)換成模擬形式，而且通過(guò)一個(gè)具有特殊性能的傳輸濾波器。該模擬傳輸濾波器在7MHZ時(shí)具有-6dB的斜對(duì)稱低通濾波響應(yīng)。其結(jié)果如圖7a所示，移動(dòng)7至9兆赫的高分辨率信息去填補(bǔ)由對(duì)角濾波形成的空缺。然后，可以采用一個(gè)數(shù)字式非遞歸(non-recursive)濾波器來(lái)改善數(shù)/模轉(zhuǎn)換的條件，或上變頻到28兆赫抽樣，如下文所述。
實(shí)際上，7MHZ至9MHZ間的水平分辨率在7MHZ附近被折疊了，并取代了5MHZ至7MHZ之間的對(duì)角分辨率。按照?qǐng)D7b所示，在7MHZ處的濾波特性響應(yīng)衰減6dB。我們看到用復(fù)用模擬分量(MAC)傳輸中，由于時(shí)軸壓縮系數(shù)(3∶2)的原因，傳輸濾波器在115×7MHZ附近是斜對(duì)稱的?，F(xiàn)在信號(hào)準(zhǔn)備傳輸，這可認(rèn)為是步驟5。
在接收該信號(hào)時(shí)，用隔行梅花(5字形)抽樣圖形以14MHZ對(duì)該信號(hào)重新抽樣(步驟6)。按照?qǐng)D8a，依靠14兆赫的再抽樣，把高頻信息轉(zhuǎn)移到7-9MHZ處。
重新抽樣過(guò)程就這樣恢復(fù)了7MHZ與9MHZ之間的水平能量。參見(jiàn)圖8b，傳輸濾波器在7MHZ附近的衰減也可以用混淆項(xiàng)A來(lái)準(zhǔn)確地補(bǔ)償，提供的與解碼器操作在一起的傳輸濾波器具有斜對(duì)稱響應(yīng)的條件為A+(1-A)＝1。換言之，在靠近7MHZ處，無(wú)論是在實(shí)線覆蓋區(qū)域還是在虛線覆蓋區(qū)域測(cè)量振幅A，引入的混淆項(xiàng)需要消掉。
圖8的頻譜用來(lái)表示梅花形抽樣的14MHZ，頻序剩下的工作就是上變頻到28MHZ，采用一個(gè)二維濾波器除去剩余的對(duì)角能量，并把信號(hào)限帶至9MHZ。
在14MHZ抽樣速率下不能實(shí)現(xiàn)對(duì)角濾波，(它在5-9MHZ范圍內(nèi)高的垂直頻率產(chǎn)生一個(gè)空缺)。因此，把抽樣速率上變頻到28MHZ是數(shù)字濾波過(guò)程的一部分。按照?qǐng)D9，上變頻和對(duì)角濾波在對(duì)角頻率處造成一個(gè)空缺，而改善了水平分辨率。
步驟7在28MHZ處形成一個(gè)具有正交抽樣網(wǎng)格的抽樣序列。它們具有一個(gè)9MHZ水平分辨率的無(wú)混淆的頻譜。這些抽樣可直接被轉(zhuǎn)換成模擬形式。在限帶至9MHZ之后，該模擬信號(hào)可以在一個(gè)高清晰度接收機(jī)上顯示。
另一方面，上述抽樣可以直接加到一個(gè)已知的但特有的，用于行加倍的場(chǎng)存貯掃描轉(zhuǎn)換器上，以便增加垂直清晰度。如在由Christopher Birch與本申請(qǐng)同時(shí)提出的，題為“利用掃描轉(zhuǎn)換改善電視信號(hào)垂直清晰度的方法和裝置”的美國(guó)專利申請(qǐng)255328號(hào)中描述了這樣一種裝置，在此處可以引做參考。掃描轉(zhuǎn)換的結(jié)果是一個(gè)在56MHZ(2×28MHZ)抽樣的525行連續(xù)掃描信號(hào)，并具有高達(dá)18MHZ的水平亮度分辨率。(這種行加倍工作把有效行周期減少一半，并把抽樣頻率和視頻帶寬均增加一倍)。
上述方法如同以下將分別結(jié)合框圖10和11敘述的本發(fā)明裝置中編碼器和解碼器一樣，為復(fù)用模擬分量信號(hào)傳輸系統(tǒng)提供了一種非常有效的手段。
圖10的發(fā)射機(jī)裝置執(zhí)行上述過(guò)程中除傳輸之外的所有步驟步驟1，在使用一個(gè)8.7MHZ前置濾波器之后，以28MHZ正交抽樣;
步驟2，數(shù)字對(duì)角濾波;
步驟3，28MHZ-14MHZ交替抽樣丟去;
以及步驟4，數(shù)/模轉(zhuǎn)換及斜對(duì)稱傳輸濾波。
雖然可以看到對(duì)角濾波必須以28MHZ抽樣速率完成，但實(shí)際上在步驟3中要丟棄抽樣的工作可以簡(jiǎn)化。圖10表示一個(gè)結(jié)構(gòu)圖，其中數(shù)字濾波的主要環(huán)節(jié)可以在14MHZ抽樣速率下完成。
對(duì)角濾波由兩個(gè)分開(kāi)的(水平和垂直)濾波器完成。現(xiàn)已得知，垂直濾波器能夠非常簡(jiǎn)單，也就是，提供給水平濾波器103的行存貯器101和加法器102在帶阻中能完成約40dB的衰減。為了達(dá)到這樣的衰減，水平濾波器103(5MHZ低通)在28MHZ時(shí)采用16個(gè)系數(shù)。水平濾波器的結(jié)構(gòu)是一個(gè)用比特系數(shù)值優(yōu)選的對(duì)稱非遞歸濾波器。圖12示出了該濾波器的響應(yīng)和系數(shù)。
按照?qǐng)D10，開(kāi)關(guān)100把前置濾波后的28MHZ抽樣信號(hào)的交替信樣接入兩個(gè)14MHZ通路。按照上通路，該抽樣被垂直和水平濾波。在加法器102處從上通路中減去下通路，同時(shí)在加法器104處把上通路加到下通路上。在濾波器103的輸入端呈現(xiàn)一個(gè)低通梳狀特性，它在零頻率處的能量為零;同時(shí)在加法器104的輸出端呈現(xiàn)一個(gè)在零頻處有能量，并一直延伸到9MHZ的低頻混淆特性(實(shí)線)，以及一個(gè)從5MHZ向上延伸的高頻梳狀特性(虛線)。在加法器105輸出端的結(jié)果是一個(gè)水平分辨率被折疊到5-7MHZ范圍內(nèi)的可用于傳輸?shù)男盘?hào)。對(duì)于每個(gè)a1，b1抽樣對(duì)，如圖所示用14MHZ分開(kāi)，從隔行上的梅花形抽樣中留下一個(gè)信號(hào)抽樣，接下來(lái)，由于交替抽樣的丟棄，在14MHZ處完成了28MHZ處理工作。
圖11表示解碼器，其內(nèi)也能實(shí)現(xiàn)在14MHZ上的數(shù)字濾波。在這種情況下，5MHZ的低通濾波器111僅含有8個(gè)系數(shù)，其特性響應(yīng)和系數(shù)數(shù)據(jù)如圖13中所示。
按照?qǐng)D11，根據(jù)在14MHZ上所示的5點(diǎn)形抽樣圖形對(duì)14MHZ的輸入信號(hào)抽樣。該信號(hào)解碼器的上通路還包括加法器112和行存貯器113。下通路還包括插入電路114，它包含信號(hào)成分延遲D以及均衡(一比二分頻)電路，用來(lái)恢復(fù)抽樣圖形中丟失的數(shù)據(jù)。在28MHZ上，上下通路上變頻，并在加法器115處相加。
圖14表示由該系統(tǒng)獲得的理想化二維頻率響應(yīng)，與日本Broadcasting公司(NHK)開(kāi)發(fā)的高清晰度1125行MUSE系統(tǒng)的比較。MUSE系統(tǒng)使用多個(gè)場(chǎng)存貯器，因此，比含有使用一個(gè)場(chǎng)存貯器的掃描轉(zhuǎn)換裝置的本發(fā)明昂貴得多。盡管如此，對(duì)動(dòng)態(tài)或靜止圖象來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的水平分辨率均等于或明顯地優(yōu)于MUSE系統(tǒng)，并且，使用的掃描轉(zhuǎn)換在垂直分辨率方面幾乎可與MUSE系統(tǒng)相比。
圖15表示使用上述濾波器獲得的實(shí)際響應(yīng)，按照?qǐng)D15a，折疊能量(陰影區(qū)域)的位置表示在一個(gè)范圍內(nèi)。在圖15a和15b中，A與編碼器對(duì)角濾波有關(guān)，B與前置濾波有關(guān)，而C對(duì)應(yīng)斜對(duì)稱濾波。根據(jù)上述方法，斜對(duì)稱傳輸濾波可以用模擬形式完成。根據(jù)上述裝置，一個(gè)具有理想線性相位特性的對(duì)稱非遞歸濾波器可以被用做替換。如果用一個(gè)數(shù)字濾波器來(lái)產(chǎn)生斜對(duì)稱響應(yīng)，就不必上變頻到28MHZ抽樣了。所需的數(shù)字濾波器在除中心點(diǎn)之外所有交替系數(shù)都應(yīng)具有零點(diǎn)，并因此導(dǎo)致一個(gè)14MHZ的執(zhí)行過(guò)程。(如果交替的抽樣隨著交替的零系數(shù)自動(dòng)地除去，就不必使用28MHZ的執(zhí)行處理，對(duì)中心項(xiàng)可以單獨(dú)地處理)。圖15假設(shè)使用了一個(gè)16系數(shù)的非遞歸濾波器。
圖16表示用本系統(tǒng)獲得的實(shí)際的二維響應(yīng)。從圖16與圖14相比可見(jiàn)，以對(duì)角信息為代價(jià)改善的水平分辨率達(dá)到945(950)行。按照上述實(shí)施例及方法，改善了亮度的水平分辨率，并且用掃描轉(zhuǎn)換的方法也同樣改善了垂直分辨率?？紤]到隔行傳輸行中的U/V色度數(shù)據(jù)的3∶1壓縮，本發(fā)明也可以被用來(lái)改善色度的水平分辨率。為了獲得色度垂直分辨率的改善，已經(jīng)采用了掃描轉(zhuǎn)換技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種在發(fā)射機(jī)中對(duì)高清晰度電視信號(hào)編碼的方法，用于按照復(fù)用模擬分量信號(hào)制的傳輸，包括以下步驟用一個(gè)第一抽樣速率對(duì)高清晰度電視信號(hào)正交抽樣，把上述抽樣的電視信號(hào)抽樣對(duì)角濾波，濾除對(duì)角信息，在隔行上丟棄交替抽樣，留下一個(gè)梅花形抽樣圖形，以及按照一個(gè)斜對(duì)稱低通頻率響應(yīng)對(duì)丟棄步驟的輸出濾波，處理的作用是要用最少的高頻水平分辨率信息來(lái)代替對(duì)角分辨率信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的對(duì)高清晰度電視信號(hào)編碼的傳輸方法，其中的對(duì)角濾波步驟還包括以下各步驟用一個(gè)復(fù)雜的濾波器對(duì)抽樣的電視信號(hào)抽樣水平濾波，以及用比水平濾波器簡(jiǎn)單的濾波器對(duì)水平濾波后的抽樣垂直濾波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的對(duì)高清晰度電視信號(hào)編碼的傳輸方法，以一個(gè)約等于第一速率的二分之一的第二抽樣速率執(zhí)行對(duì)角濾波步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的對(duì)高清晰度電視信號(hào)編碼的傳輸方法，對(duì)角濾波步驟還包括以下步驟把間隔的正交抽樣暫存在一個(gè)行存貯器中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的對(duì)高清晰度電視信號(hào)編碼的傳輸方法，還包括把交替抽樣丟棄步驟的梅花形抽樣圖形轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的步驟，并且其中的斜對(duì)稱濾波步驟由一個(gè)模擬濾波器完成，該濾波器的頻率響應(yīng)在近似7兆赫處具有大約6dB的衰減。
6.在接收機(jī)中一種對(duì)符合復(fù)用模擬分量制的高清晰度電視信號(hào)解碼的方法，步驟包括以第一抽樣速率按一個(gè)梅花形抽樣圖形對(duì)接收到的B-MAC信號(hào)進(jìn)行數(shù)字式抽樣，以及按照高于第一抽樣速率的第二抽樣速率把抽樣后的輸出上變頻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的在接收機(jī)中對(duì)高清晰度電視信號(hào)解碼的方法，數(shù)字抽樣由一個(gè)濾波器來(lái)完成，該濾波器比編碼傳輸期間使用的類似的數(shù)字濾波器簡(jiǎn)單。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的在接收機(jī)中對(duì)高清晰度電視信號(hào)解碼的方法，還包括步驟在上變頻之前先存貯接收到的高清晰度電視信號(hào)的行。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的在接收機(jī)中對(duì)高清晰度電視信號(hào)解碼的方法，還包括步驟把上變頻后的電視信號(hào)存貯在一個(gè)場(chǎng)存貯器中，以及用插入方法把垂直行數(shù)加倍。
10.一種對(duì)按照復(fù)用模擬分量信號(hào)制傳輸?shù)母咔逦入娨曅盘?hào)編碼的裝置，包括以第一抽樣速率對(duì)高清晰度電視信號(hào)正交抽樣的裝置，把正交抽樣的電視信號(hào)對(duì)角濾波的裝置，用于濾除對(duì)角信息。在隔行上丟棄交替的抽樣，留下一個(gè)梅花形抽樣的裝置，以及連接到抽樣丟棄的裝置上的，裝置用于按照一個(gè)斜對(duì)稱低通頻率響應(yīng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的編碼裝置，其中的對(duì)角濾波裝置包括可分開(kāi)的水平和垂直濾波器，其中的水平濾波器比垂直濾波器復(fù)雜。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的編碼裝置，還包括一個(gè)行存貯器，它用于暫存交替正交抽樣的數(shù)據(jù)。
13.在接收機(jī)中按照復(fù)用模擬分量信號(hào)制式對(duì)一個(gè)高清晰度電視信號(hào)解碼的裝置包括一個(gè)數(shù)字濾波器，它按照梅花抽樣圖形以第一抽樣速率對(duì)接收的復(fù)用模擬分量信號(hào)抽樣，以及一個(gè)上變頻器，它按照高于第一抽樣速率的第二抽樣速率來(lái)轉(zhuǎn)換上述的抽樣輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的解碼裝置，其中的數(shù)字濾波器比傳輸編碼期間使用的類似的數(shù)字濾波器簡(jiǎn)單。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的解碼裝置，還包括一個(gè)行存貯器，用于在上變頻之前存貯接收到的高清晰度信號(hào)中的每個(gè)行。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的解碼裝置，還包括一個(gè)場(chǎng)存貯器，用于存貯上變頻電視信號(hào)的一個(gè)完整的場(chǎng)，以及用插入法把每一個(gè)場(chǎng)的行數(shù)加倍的裝置。
17.一種編碼裝置，它用于對(duì)按照一種復(fù)用模擬分量制傳輸?shù)母咔逦入娨曅盘?hào)編碼，包括一個(gè)近似9兆赫的低通前置濾波器，一個(gè)抽樣開(kāi)關(guān)電路，用于以大約28MHZ對(duì)前置濾波器的輸出抽樣，該抽樣開(kāi)關(guān)具有第一和第二輸出端，每個(gè)輸出端約為14MHZ，第一輸出端連接到一個(gè)行存貯器，并通過(guò)該行存貯器連接到一個(gè)第一加法器和一個(gè)第二加法器，第二輸出端連接到上述第二加法器，并被反相地連接到第一加法器，第一加法器用于對(duì)行存貯器的輸出及反相的第二輸出求和，第二加法器用于對(duì)行存貯器的輸出及第二輸出求和，一個(gè)響應(yīng)第一加法器的低通濾波器，以及一個(gè)第三加法器，它響應(yīng)上述低通濾波器和第二加法器，第三加法器提供一個(gè)用于傳輸?shù)男盘?hào)。
18.一種解碼裝置，它用于對(duì)一個(gè)按照復(fù)用模擬分量制傳輸?shù)母咔逦入娨曅盘?hào)解碼，包括一個(gè)第一加法器，它響應(yīng)于一個(gè)大約在14MHZ抽樣的輸入信號(hào)，一個(gè)響應(yīng)于上述輸入抽樣信號(hào)的低通數(shù)字濾波器，第一加法器對(duì)上述輸入信號(hào)和上述低通數(shù)字濾波器的反相輸出求和，一個(gè)插入電路，用于恢復(fù)上述濾波輸出中失去的抽樣，一個(gè)行存貯電路，用于存貯第一加法器的輸出，以及一個(gè)上變頻器，它響應(yīng)于上述行存貯電路和插入電路，以近似28MHZ速率提供輸出。
全文摘要
一種與B-MAC復(fù)合信號(hào)制式相符合的高清晰度電視信號(hào)編碼方法，包括以下步驟；高清晰度信號(hào)正交抽樣，對(duì)角濾波對(duì)角分辨率信息，丟棄隔行的交替抽樣，并用一個(gè)斜對(duì)稱低通濾波器折疊在高頻水平分辨率信息中。編碼裝置包括分開(kāi)的水平和垂直數(shù)字濾波器，用于對(duì)角濾波，垂直濾波器比水平濾波器簡(jiǎn)單。此外，只需要一個(gè)行存貯器，它可以設(shè)在編碼器位置或者在解碼器位置。在接收機(jī)部分，可以提供一個(gè)場(chǎng)存貯和特有的行加倍技術(shù)，用于改善垂直分辨率。
文檔編號(hào)H04N7/083GK1045011SQ8910859
公開(kāi)日1990年8月29日 申請(qǐng)日期1989年10月11日 優(yōu)先權(quán)日1988年10月11日
發(fā)明者基思·路卡斯 申請(qǐng)人:亞特蘭大科研公司