車載數位電視信號處理方法

2023-06-17 12:23:46 2

專利名稱：車載數位電視信號處理方法
技術領域：
本發明涉及一種車載數位電視信號處理方法。
背景技術：
國際上主要有三種數位電視地面廣播標準歐洲的DVB-T(Digital VideoBroadcasting-Terrestrial)、美國的ATSC(Advanced Television SystemsCommittee)和日本的ISDB-T(Integrated Servic es Digital BroadcastingTerrestrial)(綜合業務數字廣播)。DVB-T是歐洲DVB系列標準中較新的一個標準(此外還有有線數位電視標準DVB-C，以及衛星數位電視標準DVB-S)，也是最複雜的DVB傳輸系統。此標準是1998年2月批准通過的。DVB-T標準的核心是MPEG-2數字視音頻壓縮編碼，採用編碼正交頻分復用COFDM(CodedOrthogonal Frequency Division Multiplexing)調製方式，適用於大範圍多發射機的8k載波方式。DVB-T為高清晰度電視(HDTV)信號傳輸提供大於20Mbps的淨荷碼率，支持簡單天線室內固定接收；為標準清晰度電視(SDTV)信號傳輸提供大於5Mbps的淨荷碼率，並能在車速移動條件下支持移動接收；具有單頻組網能力。ATSC是美國高級電視業務顧問委員會於1995年9月15日正式通過ATSC數位電視國家標準。ATSC制信源編碼採用MPEG-2視頻壓縮和AC-3音頻壓縮；信道編碼採用VSB調製，提供了兩種模式地面廣播模式(8VSB)和高數據率模式(16VSB)。隨著多媒體傳輸業務的不斷發展，為了適應移動接收的需要，現在即將增加2VSB的移動接收模式。日本於1996年開始啟動自主的數位電視標準研發項目，在歐洲COFDM技術的基礎上，增加具有自主智慧財產權的技術，形成ISDB-T地面數字廣播傳輸標準，於1995年7月在日本電氣通信技術審議會上通過。2001年，該標準正式被ITU接受為世界第三個數位電視傳輸國際標準。三種標準在信源編碼方面相似，都採用MPEG-2視頻壓縮，高清晰度電視圖像常用格式為1920×1080，每秒60場/50場隔行，最大的區別是信道調製和傳輸方式的不同。因此，三種制式接收機的不兼容主要在於接收機信道解調模塊。
我國地面數位電視傳輸標準於2006年8月18日頒布(GB20600-2006)，並自2007年8月1日起正式實施(國標地面數位電視標準簡稱為DTMB-DigitalTerrestrial Multimedia Broadcasting.。較早時也稱為DMB-TH)。國標中的一種主要傳輸模式採用時域同步OFDM技術(TDS-OFDM)，具有自主智慧財產權，能較好地支持移動接收、高清數位電視廣播和單頻組網。同時，測試表明在頻譜利用，同步速度，支持單天線移動接收，室內接收等方面亦表現出了比DVB-T更好的性能。
車載數位電視通過天線接收地面無線數位電視信號，移動接收時面臨著動態多徑和都卜勒頻移的問題，另外在汽車上電磁環境惡劣，幹擾強，再加上汽車行駛時遇到天氣變化等因素，都會影響移動數位電視的信號輸出質量。
在模擬產品在高速(120KM/H)行駛的汽車上的工作狀態，以及遭遇外部環境(如溫度，溼度，道路質量等)變化後，數位電視接收裝置接收的信號與噪音在頻域上的分布進行了大量的研究與分析，發現信號常常分布在低頻域，噪聲常常分布在高頻域，而圖像的細節也分布在高頻域，如果用簡單的低通濾波方法進行降噪處理，同時也將圖像的重要信息也濾除了。
另外，在對於音頻信號的處理方面，由於音響設備和器件的原因，音頻信號在20-20KHz範圍內的頻響曲線並不是一條平坦的直線，均衡器可以對整個系統的頻率特性進行細緻的調整，獲得所需的頻響曲線。參量均衡器實際上就是由一種峰值帶通濾波器組組成的，因此均衡器的實現也就是峰值濾波器的實現。一般設計濾波器有兩種途徑第一種是使用FIR結構，第二種就是使用IIR結構。但是這兩者都不能在運行時重新調整，以給出新的響應，FIR結構需要重新計算所有的衝激響應係數，從而需要很大的處理量；而IIR採用的是遞歸結構，使整個系統存在不穩定性。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種可改善音頻和視頻信號輸出質量的車載數位電視信號處理方法。
一種車載數位電視信號處理方法，包括分別對視頻信號進行處理和對音頻信號進行處理，其中對視頻信號的處理包括如下步驟 (1)檢測運動區域視頻信號由連續的圖像幀組成，先將各圖像幀均分為6×6共36個塊，逐個計算塊內各像素點的顏色屬性平均值，然後與前一圖像幀對應塊各像素點的顏色屬性平均值進行比較；若兩塊的顏色屬性平均值差值小於閥值，則判斷該塊為靜止塊；否則判斷該塊為運動塊，並置該塊的所有相鄰塊為運動塊； (2)對圖像幀中的靜止塊採用均值濾波處理； (3)對圖像幀中的運動塊採用時域降噪處理。
進一步，所述的步驟(1)具體為 a)完成初始設置，預設記錄靜止塊的塊數C＝0； b)若當前塊的標記M(i，j)(其中i＝0，1，2，3，4，5；j＝0，1，2，3，4，5)已被標記為運動或靜止，則不作處理，直接轉步驟f； c)設第k圖像幀的大小為p×q像素，計算各塊的平均值S(i，j，k)(其中＝0，1，2，3，4，5；j＝0，1，2，3，4，5)，即 其中g為當前像素點的灰度； d)比較S(i，j，k)與第k-l幀對應塊平均值S(i，j，k-l)，若差值小於閾值T1，T1＝25時，轉步驟e，否則轉步驟f； e)C＝C+1； f)若當前塊已經比較完畢，轉入步驟g，否則i＝i+l，轉步驟d； g)設L＝i*6+j+1，若C/L＞80％，置當前塊的標記M(i，j)為靜止塊，否則為運動塊，並置當前塊的所有相鄰塊為運動塊； h)當前塊的檢測結束，如果i＜6，j＜6，轉入步驟c，否則完成當前幀的判斷。
本發明所述的均值濾波為本領域技術人員所公知，均值濾波也稱為線性濾波，其採用的主要方法為領域平均法。線性濾波的基本原理是用均值代替原圖像中的各個像素值，即對待處理的當前像素點(x，y)，選擇一個模板，該模板由其近鄰的若干像素組成，求模板中所有像素的均值，再把該均值賦予當前像素點(x，y)，作為處理後圖像在該點上的灰度g(x，y)，即g(x，y)＝1/m∑f(x，y)m為該模板中包含當前像素在內的像素總個數。
進一步，所述的步驟(2)的均值濾波處理計算公式如下 式中 為歸一化係數。
本發明所述的時域降噪處理可參考李巖等在《半導體光電》發表的「基於運動補償的自適應時域視頻降噪算法研究」論文文章。進一步，所述步驟(3)的時域降噪處理包括進行噪聲檢測判斷噪聲點的步驟以及對噪聲點進行降噪處理的步驟，所述噪聲檢測包括 A、對任一幅數字圖像f(x，y)，在水平，垂直，45°以及135°方向上建立8個方向模板{-1，-3，-1；0，0，0；1，2，1}、{-3，-2，-1；-1，0，-1；-1，0，1}、{-1，0，1；-2，1，2；-1，0，1}、{0，1，2；-1，1，-1；2，-1，0}、{1，2，1；0，0，0；-1，0，-1}、{2，1，0；1，0，-1；0，-1，-2}、{1，0，-1；2，0，2；1，0，-1}、{0，-1，-2；1，0，-1；2，1，0}； B、對圖像中每個像素進行計算，取得其中的最大值作為該點的值，而該最大值對應的模板所表示的方向為該像素點的方向； C、若|f(x，y)-f(x+i，y+j)|＞TH，TH＝10，對於任意i＝0，1，-1；j＝0，1，-1均成立，則可判定(x，y)為噪聲點。
進一步，所述降噪處理的計算公式如下 式中 再進一步，其中對音頻信號的處理方法為 (1)採用峰值濾波器的原型函數 Qz，Qp表示帶通濾波器的零點和極點的品質因數；Ωz，Ωp為零點和極點的模擬角頻率，令Ωz＝Ωp＝Ω0，當Qp＞Qz時，將V0＝Qp/Qz，Q＝Qp，Ωz＝Ωp＝Ω0代入(3)式中有 對式(4)進行z變換，即令 ω0為數字中心角頻率，整理後可得到式(5) 上式中b＝K2，C＝K/Q，將H(z)改寫成下面(6)式 則提升濾波器的係數如下 b1＝a1， 同理減濾波器的係數如下 本發明的有益效果在於 (1)對視頻信號進行自適應降噪處理，在有效降噪的同時又避免了空間細節的損失，保證了運動區域的濾波效果，提高了視頻信號的輸出效果，成功地消除了電視畫面卡停或馬賽克的現象，獲得了穩定、清晰的圖像效果。
(2)對數字音頻信號處理的過程中，建立一套中心頻率，增益以及Q值均可調的數字參量均衡算法，用戶可以根據自己的喜好調整參量均衡器的參數，以達到對某個頻段加以突出或淡化，對汽車內的音響效果進行了優化。
具體實施例方式 下面通過實施例對本發明作優選地具體的說明，但本發明的保護範圍並不限於此。
一種車載數位電視信號處理方法，包括分別對視頻信號進行處理和對音頻信號進行處理，其中對視頻信號的處理包括如下步驟 (1)檢測運動區域視頻信號由連續的圖像幀組成，先將各圖像幀均分為6×6共36個塊，逐個計算塊內各像素點的顏色屬性平均值，然後與前一圖像幀對應塊各像素點的顏色屬性平均值進行比較；若兩塊的顏色屬性平均值差值小於閥值，則判斷該塊為靜止塊；否則判斷該塊為運動塊，並置該塊的所有相鄰塊為運動塊； (2)對圖像幀中的靜止塊採用均值濾波處理； (3)對圖像幀中的運動塊採用時域降噪處理。
所述的步驟(1)具體為 a)完成初始設置，預設記錄靜止塊的塊數C＝0； b)若當前塊的標記M(i，j)(其中i＝0，1，2，3，4，5；j＝0，1，2，3，4，5)已被標記為運動或靜止，則不作處理，直接轉步驟f； c)設第k圖像幀的大小為p×q像素，計算各塊的平均值S(i，j，k)(其中i＝0，1，2，3，4，5；j＝0，1，2，3，4，5)，即 其中g為當前像素點的灰度； d)比較S(i，j，k)與第k-l幀對應塊平均值S(i，j，k-l)，若差值小於閾值T1，T1＝25時，轉步驟e，否則轉步驟f； e)C＝C+1； f)若當前塊已經比較完畢，轉入步驟g，否則i＝i+l，轉步驟d； g)設L＝i*6+j+1，若C/L＞80％，置當前塊的標記M(i，j)為靜止塊，否則為運動塊，並置當前塊的所有相鄰塊為運動塊； h)當前塊的檢測結束，如果i＜6，j＜6，轉入步驟c，否則完成當前幀的判斷。
所述的步驟(2)的均值濾波處理計算公式如下 式中 為歸一化係數。
所述步驟(3)的時域降噪處理包括進行噪聲檢測判斷噪聲點的步驟以及對噪聲點進行降噪處理的步驟，所述噪聲檢測包括 A、對任一幅數字圖像f(x，y)，在水平，垂直，45°以及135°方向上建立8個方向模板{-1，-3，-1；0，0，0；1，2，1}、{-3，-2，-1；-1，0，-1；-1，0，1}、{-1，0，1；-2，1，2；-1，0，1}、{0，1，2；-1，1，-1；2，-1，0}、{1，2，1；0，0，0；-1，0，-1}、{2，1，0；1，0，-1；0，-1，-2}、{1，0，-1；2，0，2；1，0，-1}、{0，-1，-2；1，0，-1；2，1，0}； B、對圖像中每個像素進行計算，取得其中的最大值作為該點的值，而該最大值對應的模板所表示的方向為該像素點的方向； C、若|f(x，y)-f(x+i，y+j)|＞TH，TH＝10，對於任意i＝0，1，-1；j＝0，1，-1均成立，則可判定(x，y)為噪聲點。
所述降噪處理的計算公式如下 式中 其中對音頻信號的處理方法為 (1)採用峰值濾波器的原型函數 Qz，Qp表示帶通濾波器的零點和極點的品質因數；Ωz，Ωp為零點和極點的模擬角頻率，令Ωz＝Ωp＝Ω0，當Qp＞Qz時，將V0＝Qp/Qz，Q＝Qp，Ωz＝Ωp＝Ω0代入(3)式中有 對式(4)進行z變換，即令 ω0為數字中心角頻率，整理後可得到式(5) 上式中b＝K2，C＝K/Q，將H(z)改寫成下面(6)式 則提升濾波器的係數如下 b1＝a1， 同理減濾波器的係數如下
權利要求
1、一種車載數位電視信號處理方法，包括分別對視頻信號進行處理和對音頻信號進行處理，其特徵在於對視頻信號的處理包括如下步驟
(1)檢測運動區域視頻信號由連續的圖像幀組成，先將各圖像幀均分為6×6共36個塊，逐個計算塊內各像素點的顏色屬性平均值，然後與前一圖像幀對應塊各像素點的顏色屬性平均值進行比較；若兩塊的顏色屬性平均值差值小於閥值，則判斷該塊為靜止塊；否則判斷該塊為運動塊，並置該塊的所有相鄰塊為運動塊；
(2)對圖像幀中的靜止塊採用均值濾波處理；
(3)對圖像幀中的運動塊採用時域降噪處理。
2、根據權利要求1的車載數位電視信號處理方法，其特徵在於所述的步驟(1)具體為
a)完成初始設置，預設記錄靜止塊的塊數C＝0；
b)若當前塊的標記M(i，j)(其中i＝0，1，2，3，4，5；j＝0，1，2，3，4，5)已被標記為運動或靜止，則不作處理，直接轉步驟f；
c)設第k圖像幀的大小為p×q像素，計算各塊的平均值S(i，j，k)(其中i＝0，1，2，3，4，5；j＝0，1，2，3，4，5)，即
其中g為當前像素點的灰度；
d)比較S(i，j，k)與第k-1幀對應塊平均值S(i，j，k-1)，若差值小於閾值T1，T1＝25時，轉步驟e，否則轉步驟f；
e)C＝C+1；
f)若當前塊已經比較完畢，轉入步驟g，否則i＝i+1，轉步驟d；
g)設L＝i*6+j+1，若C/L＞80％，置當前塊的標記M(i，j)為靜止塊，否則為運動塊，並置當前塊的所有相鄰塊為運動塊；
h)當前塊的檢測結束，如果i＜6，j＜6，轉入步驟c，否則完成當前幀的判斷。
3、根據權利要求1的車載數位電視信號處理方法，其特徵在於所述的步驟(2)的均值濾波處理計算公式如下
式中
為歸一化係數。
4、根據權利要求1的車載數位電視信號處理方法，其特徵在於所述步驟(3)的時域降噪處理包括進行噪聲檢測判斷噪聲點的步驟以及對噪聲點進行降噪處理的步驟，所述噪聲檢測包括
A、對任一幅數字圖像f(x，y)，在水平，垂直，45°以及135°方向上建立8個方向模板{-1，-3，-1；0，0，0；1，2，1}、{-3，-2，-1；-1，0，-1；-1，0，1}、{-1，0，1；-2，1，2；-1，0，1}、{0，1，2；-1，1，-1；2，-1，0}、{1，2，1；0，0，0；-1，0，-1}、{2，1，0；1，0，-1；0，-1，-2}、{1，0，-1；2，0，2；1，0，-1}、{0，-1，-2；1，0，-1；2，1，0}；
B、對圖像中每個像素進行計算，取得其中的最大值作為該點的值，而該最大值對應的模板所表示的方向為該像素點的方向；
C、若|f(x，y)-f(x+i，y+j)|＞TH，TH＝10，對於任意i＝0，1，-1；j＝0，1，-1均成立，則可判定(x，y)為噪聲點。
5、根據權利要求4的車載數位電視信號處理方法，其特徵在於所述降噪處理的計算公式如下
式中
6、根據權利要求1的車載數位電視信號處理方法，其特徵在於對音頻信號的處理方法為
(1)採用峰值濾波器的原型函數
Qz，Qp表示帶通濾波器的零點和極點的品質因數；Ωz，Ωp為零點和極點的模擬角頻率，令Ωz＝Ωp＝Ω0，當Qp＞Qz時，將V0＝Qp/Qz，Q＝Qp，Ωz＝Ωp＝Ω0代入(3)式中有
對式(4)進行z變換，即令
ω0為數字中心角頻率，整理後可得到式(5)
上式中b＝K2，C＝K/Q，將H(z)改寫成下面(6)式
則提升濾波器的係數如下
b1＝a1，
同理減濾波器的係數如下
全文摘要
本發明涉及一種車載數位電視信號處理方法，包括分別對視頻信號進行處理和對音頻信號進行處理，其中對視頻信號的處理包括如下步驟(1)檢測運動區域先將各圖像幀均分為6×6共36個塊，逐個計算塊內各像素點的顏色屬性平均值，然後與前一圖像幀對應塊各像素點的顏色屬性平均值進行比較；若兩塊的顏色屬性平均值差值小於閾值，則判斷該塊為靜止塊；否則判斷該塊為運動塊，並置該塊的所有相鄰塊為運動塊；(2)對圖像幀中的靜止塊採用均值濾波處理；(3)對圖像幀中的運動塊採用時域降噪處理。本發明對視頻信號進行自適應降噪處理，在有效降噪的同時又避免了空間細節的損失，提高了視頻信號的輸出效果。
文檔編號H04N5/21GK101640761SQ20091010209
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月31日 優先權日2009年8月31日
發明者曹勝強 申請人:杭州新源電子研究所