高解析複合視頻廣播信號轉換系統及其編解碼方法與流程
2023-05-24 21:34:11
本發明有關影像處理的技術領域，尤指一種高解析複合視頻廣播信號轉換系統及其編解碼方法。
背景技術：
現行電視所使用的複合視頻廣播信號(Composite Video Broadcast Signal，CVBS)是將亮度(luminance)信號及彩度(chrominance)信號迭合在一載波後再進行傳送，其中，亮度是光強度的密度的光度量測值，而彩度是用以表示影像的色彩資訊。
在美國國家電視系統委員會(National Television System Committee，NTSC)所規範的規格中，彩度信號的載波頻率為3.58MHz，亮度信號的頻寬為6MHz。由於彩度信號的載波頻率在亮度信號的頻寬裡，雖現有技術中已採陷波濾波器及帶通濾波器的處理方式將亮度與彩度信號分離，但仍容易將原屬於亮度信號誤認成彩度信號，造成處理錯誤而發生串色(cross-color)現象，或是將原屬於彩度信號誤認成亮度信號，造成處理錯誤而發生抖線(cross-luminance)現象。
此外，現有安防領域攝影機所使用的影像信號，除了有上述問題外，因原有NTSC規範的限制，仍只能使用720x480標準解析複合視頻格式。若要使用高解析度(如1280x720、1920x1080)的視頻格式，則必須更換原有設備及布線，而有成本過高的問題。因此，現有技術中對於複合視頻廣播信號的高解析度處理仍有改善空間。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明的一目的在於提供一種高解析複合視頻廣播信號轉換系統及其編解碼方法，不會在黑白明暗交界處產生錯誤顏色，更可實現在現有同軸電纜中傳送高解析複合視頻廣播信號，不需重新布線及更換原有設備，具有節省成本的優異功效。
本發明的高解析複合視頻廣播信號轉換系統，包括：編碼器，包括：前處理模塊，用以將數位訊號分離出亮度信號及彩度信號；及編碼模塊，接收該前處理模塊所分離出的該亮度信號及該彩度信號，以第一特定頻率對該亮度信號進行濾波，且以第二特定頻率對該彩度信號進行調變後，將已濾波的該亮度信號及已調變的該彩度信號一起編碼為第一信號，其中，該第二特定頻率大於該第一特定頻率；以及解碼器，包括：第一、第二濾波模塊，用以接收該第一信號以分別分離出該亮度信號及該彩度信號，其中，該第一、第二濾波模塊的截止頻率大於該第一特定頻率且小於該第二特定頻率；及轉換模塊，接收該第一、第二濾波模塊所分別分離出的該亮度信號及該彩度信號，以將該亮度信號及該彩度信號轉換成第二信號。
本發明的高解析複合視頻廣播信號的編碼方法，包括：將數位訊號分離出亮度信號及彩度信號；以第一特定頻率對該亮度信號進行濾波，且以第二特定頻率對該彩度信號進行調變，其中，該第二特定頻率大於該第一特定頻率；以及將該亮度信號及該彩度信號一起編碼為第一信號。
本發明的高解析複合視頻廣播信號的解碼方法，包括：接收前述的第一信號；通過一濾波手段將該第一信號分離出亮度信號及彩度信號，其中，該濾波手段所使用的截止頻率大於該亮度信號的頻率且小於該彩度信號的載波頻率；以及將該亮度信號及該彩度信號轉換成第二信號。
附圖說明
圖1為本發明的高解析複合視頻廣播信號轉換系統的功能方塊圖；
圖2為本發明的高解析複合視頻廣播信號的編碼方法的步驟流程圖；
圖3為本發明的高解析複合視頻廣播信號的解碼方法的步驟流程圖；
圖4為本發明的高解析複合視頻廣播信號中有效像素複合視頻的示意圖；
圖5為本發明的高解析複合視頻廣播信號於一解析度中的垂直區間的信號的示意圖；以及
圖6為本發明的高解析複合視頻廣播信號於另一解析度中的垂直區間的信號的示意圖。
符號說明
1 高解析複合視頻廣播信號轉換系統
10 編碼器
11 前處理模塊
12、24 亮度處理模塊
13、25 彩度處理模塊
14、26 轉換模塊
15 編碼模塊
16 數字模擬轉換模塊
21 模擬數字轉換模塊
101 水平同步信號
102 顏色載波
103 有效像素
104 垂直同步信號
105 垂直隱藏控制信號
20 解碼器
22 第一濾波模塊
23 第二濾波模塊
30 影像感測器
40 顯示單元
50 同軸電纜
S01～S06、S11～S15 步驟。
具體實施方式
以下通過特定的具體實施例加以說明本發明的實施方式，而熟悉此技術的人士可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其他優點和功效，亦可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用。
請參閱圖1，本發明的高解析複合視頻廣播信號轉換系統1包括編碼器10及解碼器20。該編碼器10連接一影像感測器30，以接收該影像感測器30所擷取的數位訊號。該解碼器20透過一同軸電纜50連接該編碼器10，且連接一顯示單元40。於一實施例中，該影像感測器30可結合編碼器10成為安防攝影機，該顯示單元40可為螢幕。
該編碼器10包括前處理模塊11及編碼模塊15。於一實施例中，該編碼器10更包括亮度處理模塊12、彩度處理模塊13、轉換模塊14及數字模擬轉換模塊16。
該前處理模塊11將該編碼器10所接收該影像感測器30的數位訊號依據一公式分離出亮度信號及彩度信號，該公式為現有技術，於此不再贅述。於一實施例中，該前處理模塊11更可轉換該影像感測器30的數位訊號的時脈為該前處理模塊11的數字時脈。
該前處理模塊11所分離出的亮度信號先傳送至亮度處理模塊12進行處理，而該彩度信號則先傳送至彩度處理模塊13進行處理。該亮度處理模塊12可依據使用者需求，將該亮度信號作偏亮或偏暗的調整，而該彩度處理模塊13亦可依據使用者需求，將該彩度信號作偏紅、偏藍或偏綠等顏色調整。
該轉換模塊14連接該亮度處理模塊12及彩度處理模塊13，用以將調整後的該亮度信號及該彩度信號轉換成國際電信聯盟(ITU)所規範的BT 1120格式，再將BT 1120數位訊號傳到編碼模塊15，編碼模塊15將BT 1120轉成包含水平同步、顏色載波、有效像素、垂直同步、垂直隱藏控制信號的數位訊號，再經過數字模擬轉換模塊16，得到水平同步101、顏色載波102、有效像素103、垂直同步104、垂直隱藏控制信號105的模擬信號。
於一實施例中，該前處理模塊11所分離的亮度信號及彩度信號，亦可直接傳送到編碼模塊15中進行處理，而不需經過亮度處理模塊12、彩度處理模塊13及轉換模塊14的處理。於另一實施例中，該前處理模塊11所分離的亮度信號及彩度信號，亦可先傳送至轉換模塊14中處理後，再傳送至編碼模塊15進行處理，而不需經過亮度處理模塊12或彩度處理模塊13的處理。本發明並不以此為限。
該編碼模塊15接收該亮度信號及彩度信號，以第一特定頻率對該亮度信號進行濾波，且以第二特定頻率對該彩度信號進行調變，並將已濾波的亮度信號及已調變的彩度信號一起編碼為第一信號。其中，該第二特定頻率大於該第一特定頻率。
於一實施例中，在高解析複合視頻廣播信號的解析度為1280x720時，由於畫面更新頻率為30Hz，其每秒有效像素為1280x720x30點，若亮度為一黑一白間隔，並一併考慮將凱爾係數(Kell factor)設定為0.7時，亮度頻率為約1280x720x30x0.5x0.7＝9.7MHz(即第一特定頻率)。
因此，在編碼模塊15中，將亮度信號經過9.7MHz頻寬的低通數字濾波器，可得到已濾波的亮度信號。由於已濾波的亮度信號沒有9.7MHz以上的頻率，且彩度信號的截止頻率為1.5MHz，使用比9.7MHz+1.5MHz＝11.2MHz稍高的11.475MHz(即第二特定頻率)來調變彩度信號，不會將亮度信號當成彩度信號，反之亦同。接著，該編碼模塊15再依據公式將彩度信號轉成與載波的相位差後，加上已濾波的亮度信號可得到有效像素信號。最後，將已濾波的亮度信號及已調變的彩度信號一起編碼為第一信號(如圖4所示)，並依照解析度為1280x720高解析複合視頻廣播信號的格式傳送出去。於本實施例中，該第一信號可再包括水平同步信號101、垂直同步信號104等。
於另一實施例中，在高解析複合視頻廣播信號的解析度為1920x1080時，由於畫面更新頻率為30Hz，其每秒有效像素為1920x1080x30點，若亮度為一黑一白間隔，並一併考慮將凱爾係數(Kell factor)設定為0.7時，亮度頻率為約1920x1080x30x0.5x0.7＝21.8MHz(即第一特定頻率)。
因此，在編碼模塊15中，將亮度信號經過21.8MHz頻寬的低通數字濾波器，可得到已濾波的亮度信號。由於已濾波的亮度信號沒有21.8MHz以上的頻率，且彩度信號的截止頻率為1.5MHz，使用比21.8MHz+1.5MHz＝23.3MHz稍高的24MHz(即第二特定頻率)來調變彩度信號，不會將亮度信號當成彩度信號，反之亦同。接著，該編碼模塊15再依據公式將彩度信號轉成與載波的相位差後，加上已濾波的亮度信號可得到有效像素信號。最後，將已濾波的亮度信號及已調變的彩度信號一起編碼為第一信號(如圖4所示)，並依照1920x1080高解析複合視頻廣播信號的格式傳送出去。於本實施例中，該第一信號可再包括水平同步信號101、垂直同步信號104等。
該數字模擬轉換模塊16用以將該編碼模塊15所編碼的第一信號從數字格式轉換成模擬格式，即如圖5、6所呈現的高解析複合視頻廣播信號的模擬信號格式，接著即可通過同軸電纜50傳送至解碼器20，其中，圖5的模擬信號格式中的數字(如1,2,3,…,24,25,26,…,N)表示解析度為1280x720時的第N條線，圖6的模擬信號格式中的數字(如1,2,3,…,39,40,41,…,M)表示解析度為1920x1080時的第M條線。
該解碼器20包括第一濾波模塊22、第二濾波模塊23及轉換模塊26。於一實施例中，該解碼器20更包括模擬數字轉換模塊21、亮度處理模塊24及彩度處理模塊25。
該第一濾波模塊22及第二濾波模塊23用以接收該第一信號以分別分離出該亮度信號及該彩度信號，其中，該第一濾波模塊22及第二濾波模塊23的截止頻率大於該第一特定頻率且小於該第二特定頻率。
於一實施例中，當高解析複合視頻廣播信號的解析度為1280x720時，截止頻率可設定為略大於9.7MHz，使得截止頻率位於9.7MHz與11.475MHz之間；當高解析複合視頻廣播信號的解析度為1920x1080時，截止頻率可設定為略大於21.8MHz，使得截止頻率位於21.8MHz與24MHz之間。如此一來，該第一濾波模塊22可使用數字低通濾波器，該第二濾波模塊23可使用數字高通濾波器，來分別分離出亮度信號及彩度信號。
在解碼器20接收該第一信號並經第一濾波模塊22及第二濾波模塊23分別濾波之前，該第一信號可先經過模擬數字轉換模塊21，將該第一信號從模擬格式轉換成數字格式後，再傳送至第一、第二濾波模塊22、23進行處理。
亮度處理模塊24用以調整該第一濾波模塊22所分離出的該亮度信號，即可依據使用者需求，將該亮度信號作偏亮或偏暗的調整；該彩度處理模塊25用以調整該第二濾波模塊23所分離出的該彩度信號，即可依據使用者需求，將該彩度信號作偏紅、偏藍或偏綠等顏色調整。
該轉換模塊26則可接收該第一、第二濾波模塊22、23所分別分離出的亮度信號及彩度信號，或是接收經亮度處理模塊24及彩度處理模塊25處理後的亮度信號及彩度信號，將該亮度信號及彩度信號轉換成顯示單元40所能接收的第二信號，其中，該第二信號為BT 1120格式。
於一實施例中，該編碼器10或解碼器20內的各模塊，可整合成一顆集成電路，本發明並不以此為限。
請參閱圖2，本發明的複合視頻廣播信號的編碼方法，於步驟S01中，將影像感測器的數位訊號依據一公式分離出亮度信號及彩度信號，該公式為現有技術，於此不再贅述。接著進至步驟S02。
於步驟S02中，調整該亮度信號及該彩度信號，即可依據使用者需求，將該亮度信號作偏亮或偏暗的調整，或將該彩度信號作偏紅、偏藍或偏綠等顏色調整。接著進至步驟S03。
於步驟S03中，將該亮度信號及該彩度信號轉換成國際電信聯盟(ITU)所規範的BT 1120格式。接著進至步驟S04。
於步驟S04中，以第一特定頻率對該亮度信號進行濾波，且以第二特定頻率對該彩度信號進行調變，其中，該第二特定頻率大於該第一特定頻率。
於一實施例中，在高解析複合視頻廣播信號的解析度為1280x720時，該第一特定頻率為9.7MHz，該第二特定頻率為11.475MHz。於另一實施例中，在高解析複合視頻廣播信號的解析度為1920x1080時，該第一特定頻率為21.8MHz，該第二特定頻率為24MHz。接著進至步驟S05。
於步驟S05中，將已濾波的亮度信號及已調變的彩度信號一起編碼為第一信號，即完成本發明的高解析複合視頻廣播信號的編碼方法。之後可再於步驟S06中，將該第一信號從數字格式轉換成模擬格式後，再進行傳送。
請參閱圖3，本發明的高解析複合視頻廣播信號的解碼方法對應前述的編碼方法。於步驟S11中，接收前述編碼方法所編碼的第一信號。接著進至步驟S12。
於步驟S12中，將該第一信號從模擬格式轉換成數字格式。接著進至步驟S13中。
於步驟S13中，通過一濾波手段將該第一信號分離出亮度信號及彩度信號，其中，該濾波手段所使用的截止頻率大於該亮度信號的頻率且小於該彩度信號的載波頻率。於一實施例中，該濾波手段為使用數字低通濾波器及數字高通濾波器進行濾波。
於一實施例中，當高解析複合視頻廣播信號的解析度為1280x720時，截止頻率可設定為略大於9.7MHz，使得截止頻率位於9.7MHz與11.475MHz之間；當高解析複合視頻廣播信號的解析度為1920x1080時，截止頻率可設定為略大於21.8MHz，使得截止頻率位於21.8MHz與24MHz之間。接著進至步驟S14。
於步驟S14中，調整該亮度信號及該彩度信號，即可依據使用者需求，將該亮度信號作偏亮或偏暗的調整，或將該彩度信號作偏紅、偏藍或偏綠等顏色調整。接著進至步驟S15。
於步驟S15中，將亮度信號及彩度信號轉換成顯示單元所能接收的第二信號，其中，該第二信號為國際電信聯盟(ITU)所規範的BT 1120格式。
通過本發明的高解析複合視頻廣播信號轉換系統及其編解碼方法，相較於傳統標準解析複合視頻廣播信號的方式，不會將亮度信號當成彩度信號，亦不會將彩度信號當成亮度信號，因此不會在黑白明暗交界處產生錯誤顏色。此外，本發明的高解析複合視頻廣播信號轉換系統及其編解碼方法更可實現在現有同軸電纜中傳輸超過300公尺的距離，且能夠傳送高達解析度為1280x720或1920x1080的高解析複合視頻廣播信號，而不需重新布線及更換原有設備，具有節省成本的優異功效。
上述實施例僅為示例性說明本發明的技術原理、特點及其功效，並非用以限制本發明的可實施範疇，任何熟習此技術的人士均可在不違背本發明的精神與範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。然任何運用本發明所教示內容而完成的等效修飾及改變，均仍應為下述的權利要求所涵蓋。而本發明的權利要求保護範圍，應如權利要求書所列。