增強發射的電視信號垂直清晰度的方法和裝置的製作方法

2023-11-30 18:37:51

專利名稱：增強發射的電視信號垂直清晰度的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及發射高清晰度電視信號的領域，特別是關於在不增加帶寬的情況下增強發射電視信號的垂直清晰度的方法和裝置。
電視圖象是水平行的集合，每一行由表示圖象的亮度或色度分量的幅度信號所調製，這些行信號被相繼發射和接收，用以在形成原始圖象的陰極射線管上顯示。現在主要有兩種獨立的行標準。在北美和日本，電視發射為每幅圖象525行。在歐洲，非洲，亞洲及澳洲，電視發射為每幅圖象625行，一幅圖象的行數越多，其清晰度或垂直分辨力就越高。在現代，已經有顯示更多的電視行數的技術，這樣由於增強了垂直清晰度從而改善了圖象質量。現在也已有能夠增加行信號帶寬的器件，通過提高水平清晰度而改善圖象質量。因此，存在比使用的現存標準發送獲得更高圖象質量的技術。這種技術就是高清晰度電視(HDTV)。特別是已推薦出於1050行，1125行和1250行的顯示方法，對於這些現行提案的主要問題是沒有經濟的手段來推廣這種發送。目前全世界使用的電視接收機號接收525行或625行的發送信號，而不能顯示HDTV的發送信號。提供電視臺的主要花費是製做節目的費用，它必須由例如廣告或收費電視集資。這種集資方法需要有大量觀眾。在提供HDTV服務的開始階段，沒有兼容的接收機，因此就不可能補償節目花費。此外，一個HDTV接收機的成本看來令人沮喪地高。
克服這個困難的一種方法是引入現有接收機與HDTV發送兼容的概念，利用低成本轉換器將HDTV發送信號轉換為傳統制式的信號。這種低成本轉換器會使HDTV發送信號在傳統接收機上顯示出來，但只達到傳統圖象的質量。由於要求這種服務的新用戶不必開始就買一臺昂貴的HDTV接收機，而只需要給他們現有的電視機買一個低成本的轉換器，故這種方案鼓勵了觀眾的迅速增加。只有那些希望利用HDTV得到更高圖象質量的用戶會要求較昂貴HDTV接收機。
現已提出幾種解決兼容HDTV信號的設計方案。所有方案都是基於使HDTV的行標準為現有行標準的簡單倍數。例如，在北美，現有的發送標準為525行/圖象，提出的HDTV標準將使用1050行(傳統標準的兩倍)。同樣在歐洲，傳統電視標準為625行/圖象，提出的HDTV標準為1250行。在傳統的顯示標準和HDTV顯示標準之間的這種簡單關係提出在兩種標準間解碼，例如，通過捨棄交替行或者通過重新內插丟失行。本發明及其背景將依據提出的在北美使用的1050/525行標準對本申請進行全面討論，應當理解，這些概念同樣適用於歐洲建議的1250/625行的標準。在保留本發明基本特徵時，特別是，當解碼中，抽取和內插交替行時，與指示數字有小的偏差是可能的。現已經有幾種設計的選擇方案建議使用交替方法。
一種建議方案是發射一個標準電視信號和一個輔助信號。因此，發射信號的一個分量直接與傳統接收機兼容而不需要任何轉換器。輔助信號可以在獨立信號道上發射或者與第一個信號復用，這樣現有的接收機不受其影響。HDTV接收機接收這兩種信號並且利用它們再現高清晰度圖象。有這樣一種意見，輔助信號由載有信息的模擬信號組成，這個信息與525標準發射行和必須復原的內插525行之間的差有關。將差信息加到發射的兼容行中重新恢復出丟失行。輔助信號可以在第二信道發射或者在第一個信號的副載波上發射。
在技術方面的問題是要求絕對的兼容性;也就是，第一個信號必須是基本傳統複合信號，(NTSC)信號，(或在歐洲，是PAL/SECAM信號)。這些複合信號使用了色度分辨力差的色副載波，這種色副載波很難提高已改善的彩色清晰度，並且對亮度信號引起明顯失真。對於NTSC標準，完全分開亮度和色度形成以高清晰度圖象為基礎的高質量信號是很困難的。
另一方面，絕對的NTSC兼容性可能不是迫切要求。很可能任何實用的HDTV標準將包括了有條件地接近接受的能力(收費電視)。編碼的電視信號要求每一個接收機有一個解碼器;因此，能夠使用任何信號傳送模式，只要在用戶解碼器中傳統的NTSC解碼費用不是過分地昂貴。NTSC信號大約40年前就標準化了，而現在正受到先進技術的衝擊。從1980年以來，已經發展了(以數字處理為基礎的)新的複合信號，它提供比NTSC更好的圖象質量，並且為HDTV奠定良好的基礎。例如，一些用於復昧煉群蛻確至康囊允質奔渲嵫顧蹺〉鬧剖劍矗從媚Ｄ夥至啃藕牛ɑ騇AC)，也稱時間軸復用分量(TMC)。當這樣的信號以525行制式發送時(例如，525行MAC)就可以廉價地在解碼器中對NTSC進行解碼。
MAC信號沒有採用色副載波攜帶彩色信息。而是以在每一發射電視行中使用時間軸壓縮復用亮度和色度信息來代替。

圖1表示這種技術。在解碼器中，貯存亮度和色度分量，然後分別擴展得到顯示所要求的全行亮度和色度信號。這使兩分量之間能完全分離，並避免了與NTSC彩色副載波有關的交叉幹擾效應。由於這個原因，大多數HDTV方案都以時間軸壓縮技術為基礎。
當MAC信號採用525行結構時，可在解碼器中對傳統的NTSC信號簡單地解碼，以保持與現有的接收機的兼容性。使用一個或兩個低成本定製的集成電路就可能完成這個目的。
更令人鼓舞的HDTV方案著眼於在用戶解碼器中簡單地將525行MAC/TMC信號轉換為NTSC信號，而在發送源轉換為1050行分量的HDTV。剩下的最重要的技術問題是關於提高清晰度所用的技術，特別是在垂直方向上的清晰度，同時維持對NTSC低費用解碼的可能性。
兼容的另一方法是發射所用的1050行。然後，利用儲存保留行的行存儲器在用戶解碼器中捨棄交替行，剩下525行MAC信號以備轉換成NTSC。而HDTV接收機將顯示出所有1050行。
這個方法的問題是發送這樣的信號所要求的帶寬過寬。例如，如果要求在NTSC中把水平帶寬從4MHZ加倍到8MHZ(等量的)，此外並把行數從525加倍到1050的話，傳送帶寬提高4倍。由於對射頻頻譜上過高要求，就發送費用而論這不是一個經濟的解決辦法。
現已提出此方法的修正方案，即，發送兩個獨立的525行信號，第一個MAC信號用於直接轉變成NTSC，而HDTV接收機把兩個信號解碼以產生1050行的結果。雖然這個方法消除了在NTSC兼容解碼器中存儲器的要求，(把這個費用轉嫁到了HDTV接收機上)，但它並未涉及射頻頻譜過高要求的問題。
現已廣泛研究的另一方法是把發射的前一場的隔行中重新內插丟失行，利用了隔行達到垂直清晰度的潛在改善。參照圖2，一個525行隔行信號利用來自在前一場中的行重新內插丟失行能夠被轉換成525行順序信號(行數加倍)，這項技術具有使主觀垂直清晰度增加大約50%的潛力。藉助適當的樣本信號結構，使用從前場來的信息有能力在垂直方向和水平方向上增加清晰度。
這個方法有兩個問題而且對所有採用前場來的信息的技術都存在。第一個考慮的是HDTV接收機需要使用一個場存儲器(或許一個以上)以復原完整的HDTV圖象。雖然場存儲器的使用費用現在還很不便宜，但是，可以預言，在不遠的將來大批量生產將解決這個問題。第二個問題更嚴峻些，利用前場的信息內插丟失行只對靜止圖象象素起作用，因此，對於運動圖象必須採用更為複雜的技術。
實驗上使用兩種方法解決這個問題(ⅰ)檢測畫面的運動象素，而且(在運動區域中)採用場內內插(從同一場的周圍行內插)。
(ⅱ)不僅檢測運動情況，而且檢測其幅度和方向，能從周圍場適當的部位內插。
但是這些方法都沒有提出不久的將來能在HDTV用戶能負擔得起的解碼器中得到令人滿意的運動圖象顯示的有力證明。
上述技術(ⅰ)的提出消除了用戶解碼器中對運動圖象檢測的需要。這個方法在發射機上使用了先進設備檢測在景象區的區域內的運動並且把這個信息發送到使用獨立數字信道的所有解碼器上(數字輔助電視)。這項工作目前正處在初級階段;但是，初步結論認為這可能要求足夠的數據容量。為了可行起見，有關本方法的數據要求必須降低到可以接受的水平而不增加HDTV解碼器的費用和複雜性。因此，非常清楚，仍然需有其他可行的解決問題的辦法。帶寬即可以保留，而且使持有傳統電視接收機或者新型的HDTV終端的任何HDTV用戶都可得到廉價地服務。
用本發明的原理解決了改善HDTV發送和接收的問題以及有關的問題。通過在一個單場內的處理，提高了MAC信號的垂直清晰度。通過本方法和裝置，提供兼容的525行MAC信號，在發送的行中載有未被發送的附加行的信息。附加的信息在高視頻頻率上傳送並且不會被525行兼容接收機的廉價轉換器所處理。設計一種NTSC兼容的、接收同一發送信號的廉價解碼器包括提供一個單低通濾波器，以恢復在傳統接收機上顯示的能以低費用轉換成NTSC的傳統垂直清晰度的525行信號。相反，與HDTV接收機配用的轉換器處理附加的高頻信息，以獲得用於顯示1050行的增加了垂直清晰度。
本處理方法用於MAC制式中的1050行的原源信號。可以只應用於亮度分量，或者分別地使用到亮度和色亮分量上。本方法包括以下步驟步驟1.以正交取樣模式對1050行源信號進行取樣(圖3)。使用了一個2維對角線濾波器。
步驟2.交替地去掉樣本信號以得到非正交的1050行「梅花形」或5樣本信號模式圖形。只要在步驟1中已限定了對角線分辨力則這種樣本模式提供全部垂直和水平分辨力。
步驟3.將每一行與在其上或在其下的相鄰行相加，有效地重複使用這些樣本信號，以再生出取樣頻率為fs的正交樣本結構。
步驟4.隔行捨棄，得到525行信號。
前四個步驟是在傳送源或靠近傳送源完成的，這樣得到取過樣的525行傳送信號，當在二維頻率面內觀察時，實際沒有混迭現象。換言之，是具有中心頻率分量的棋盤格形的重複頻譜，故丟失的行數據可以從高頻重複頻譜中重新內插出。在重複頻譜信號中的高頻對角線信息載有代表存在於1050行原始信號中的高頻垂直信息的褶疊能量。用高頻垂直信息有效地代替了對角線分辨力。
二維對角線濾波器525行信號輸出的樣本信號能利用數/模(D/A)轉換器重新轉換成模擬形式。在D/A轉換前的數字域中或者在D/A轉換後的模擬域中，低通濾波器實現fs/2處的斜對稱特性(fs是取樣頻率)。
步驟5.應用斜對稱的亞奈奎斯特濾波器，斜對稱濾波保留了傳送帶寬而且允許重新內插。所得到的525行模擬信號可以發送出去，而且這個信號與任何接收同制式的未經處理的525行信號的解碼器是兼容的。在接收時，用一低通濾波器簡單地除掉在高頻上褶疊的能量。這樣用傳統的電視機就可收看。
對於擁有HDTV接收機的用戶，HDTV解碼器利用以下附加步驟再生出1050行，以便顯示步驟6.在模/數(A/D)轉換或取樣之前或之後使用一預取樣斜對稱濾波器。(要注意，該濾波器特性有可能對步驟5的斜對稱特性有影響)。
步驟7.在步驟6前或在其後，以頻率fs/2對信號作取樣。
步驟8.在每一接收行中分離交替樣本信號形成兩行;也就是說，相隔的樣本被垂直移位以形成丟失的行。
步驟9.使用二維內插來替換丟失的樣本，並且恢復正交取樣模式。這個內插器實現對角線濾波特性。在步驟9的結束，所得到的是一個1050行的增強了垂直清晰度的信號，以備顯示。
本發明的有關設備僅包括有，一個鎖相環，一個同步脈衝分離器以及對電路各點提供同步和鍾控輸入的定時發生器，一個低通濾波器，一個A/D和一個D/A轉換器，一個二維對角線濾波器，轉換和控制邏輯電路以及用於編碼或解碼的斜對稱低通濾波器。對於廣播級質量的發送、接收或者中間基帶的要求建議使用一個七行對角線濾波器，而廉價的三或五行對角線濾波器適宜於HDTV接收機中使用。本方法或裝置不需要全場存儲器，也不只限於對靜止圖象進行時間軸重新內插。
圖1是熟知的B-復用模擬分量(B-MAC)電視信號的圖解表示。
圖2是垂直信號對時間的圖解表示，表明先有的隔行技術。
圖3是應用於發送源的本發明電視信號處理方法的流程圖及圖解表示。
圖4是應用於HDTV信號接收的本發明電視信號處理方法的流程圖以及圖解表示。
圖5是按本發明的嗦肫韉姆嬌蟯肌 圖6是按本發明的解碼器的方框圖。
圖7是一個七行15階對角線濾波器的示意圖。
圖8a和8b是圖7濾波器二維頻響的三維圖解表示;圖8a表示中心頻率特性，圖8b表示包含高頻重複頻譜的頻率特性，此重複頻譜可重新內插出1050行的HDTV信號。
圖9a，9b和9c分別表示525行圖象的圖片、按本方法處理後的圖象的圖片。
扼要參看圖1，它表示B-MAC視頻信號，包括有被過渡間隔分開的數據、色度和亮度信號。所示的B-MAC視頻亮度信號，已按照本發明對適於HDTV的B-MAC信號進行了有利於NTSC複合視頻信號應用的範例方法進行了處理。色度信號或其它視頻信號也可按本發明進行類似的處理。
所示的1050行B-MACY-輸入信號作為圖5和圖6的設備的輸入，並且按照圖3和圖4的流程圖所示的方法處理。圖3和圖5所表示的方法和設備分別用於對1050行模擬B-MAC信號進行編碼。以這種方法，具有褶疊高頻重複頻譜信息的525行編碼輸出可以以保留帶寬發送到接收機上。圖中未表示出的是一個在基帶視頻上用以消除高頻分量的、廉價HDTV轉換器的單低通濾波器，以便給傳統接收機的顯示提供一個標準的525行NTSC複合視頻信號。
特別要參照圖3，它表示在廣播發射源上實現本處理過程的5個步驟的流程圖。在方框301中表示步驟1，模擬輸入B-MAC視頻信號的數字取樣過程。所示的交替樣本××××和0000共同組成一取樣的1050行或者其它高分辨力HDTV視頻信號。以奈奎斯特率進行取樣，例如，約為28MHz，精確的是，28，636，360Hz。
簡要參照圖5，以電路結構的形式表示出第一步驟電路結構包括處於基帶的低通濾波器501，濾波後的模擬輸入信號加到以28MHZ為時鐘頻率的A/D轉換器502上。時鐘輸入利用眾所周知的方式饋送輸入信號通過同步信號發生器503而導出。同步信號發生器503的水平同步輸出約32KHZ，加到鎖相環504上。鎖相環504還輸入有以約28MHZ的奈奎斯特率工作的晶體控制振蕩器505的信號。鎖相環505的鎖定高頻輸出可直接用作時鐘信號，例如，用到A/D轉換器502上。在二分頻電路506上，它被分為1/2奈奎斯特率的時鐘信號。在分頻器507上將其除以455，以近似32KHZ的頻率鎖定輸入的水平同步信號。
簡要參看圖3，方框302圖示二維對角線濾波器的應用。在圖5中。對角線濾波器508連接到A/D轉換器502的輸出上。濾波器的輸出是經過對角線濾波器的信號，它被饋送到第一暫存器509，或者通過異-或門512啟動的開關511送到第二行存儲器510上。隔行的交替樣本信號組成如圖3方框305中所示的5點圖或梅花式結構圖。
再參照圖5，在某一時點上第二行存儲器510包含已經捨棄了丟失樣本信號的交替取樣的一行信號。在另一時點上，第一行存儲器509轉接到第二行存儲器510上，這樣丟失的縫隙就由來自第一行存儲器509的交替樣本信號的相鄰行填滿。討論圖3更容易理解這個過程。
方框303代表在取樣之後，但在對角線濾波之前的1050行信號。在對角線濾波過程中，交替行上的交替樣本信號被捨棄，如方框304所示，得到方框305表示的1050行梅花點式結構。例如，當包含樣本信號O2O2的行通到第一行存儲器509上時，包含樣本信號X1X2的另一行則加到第二行存儲器510上。當第一和第二行存儲器分別被樣本信號填滿時，第一行存儲器509的選通產生，把它的樣本信號有效地疊加，以充滿在第二行存儲器510貯存的相鄰行中的間隙。
圖3方框306中，表示這個選通過程。其結果為，如方框圖307所示的1050行信號暫存在第二行存儲器510中。一行樣本信號，例如，X3O2X3O2含有相鄰行樣本信號X3O4X3O4的冗餘信息，也就是交替樣本數據X3。
處理過程中的下一步是除去交替行，因此，冗餘樣本數據如圖3方框308中所示。在方框309中保留的是包含有關丟失行的褶疊信息的525行信號。例如，樣本信號O2和O4褶疊到525行的信號中，而提供鋈綬嬌 05所示採交替行信號的樣本。
參照圖5，交替行的捨棄是通過僅選通第二行存儲器510中的每一其它行來完成。輸入信號奇/偶樣本信號加到異-或門512上。同樣，輸入信號奇/偶行加到異-或門512和「與」門513上，513的另一輸入是28MHZ時鐘信號。「與」門513的輸出觸發行樣本數據的選通，進入第二行存儲器510中，而對D/A轉換器的選通時鐘為二分之一初始取樣率(fs/2)。換言之，第一整行樣本信號，例如，X3O2X3O2由在第二行存儲器510中的第二行樣本信號X3O4X3O4簡單地改寫。該行X3O4X3O4如方框309所示，允許輸出到D/A轉換器514的行(在圖3中為方框310所示)。D/A轉換器514以速率fs/2(約為14MHZ)工作，fs是奈奎斯特取樣頻率。
發送編碼過程的最後一個步驟可以在方框310數/模轉換步驟之前或之後進行。這最後步驟應用如方框311所示的通頻為fs/2的斜對稱低通濾波器。如果在模擬域內實現的話，濾波器設計就變成一簡單的R-C或L-C低通濾波器。眾所周知，理想的模擬低通濾波器是不可能的，但是，在數字域內實際上能達到。因此，對於廣播級質量來說，推薦用數字斜對稱低通濾波器。對於數字下取樣(downsampling)和重新取樣，濾波器可以級聯起來，而不會額外劣化發射或接收的視頻信號。然而，數字濾波器較為昂貴，因此，對於實際使用來說，模擬低通濾波器更為適宜。
圖5所示的裝置中，D/A轉換器514的輸出加到波形校正器515上。它按照Sin(X)/X校正來平滑D/A轉換器的取樣，保持模擬輸出。然後，把平滑後的模擬輸出加到斜對稱低通濾波器516上，它在7KHZ上有，例如，6db損耗特性。其輸出是525行編碼輸出，如圖3的方框311的輸出。然後，該輸出用衛星，光纖，微波，射頻或其它方法傳送到遠距離端，在傳統的或者HDTV接收機上利用調製和多路調製技術按熟知的方法進行最終的接收。
現將參照圖4和圖6來說明解碼過程，假設一個525行編碼輸入已經被分離和(或)解調，如果適當的話，這樣的解碼過程製備接收的信號，通過內插和恢復丟失行在特殊的1050行HDTV接收機上接收。
按照圖6，接收的模擬信號是經低通濾波的，典型地是在A/D轉換器602取樣以前，在低通斜對稱模擬濾波器601上作模擬域濾波。如圖5，從同步分離器603上來的輸入信號中獲得同步信號。水平同步信號約為16kHZ，它與由晶控振蕩器605饋送的信號在鎖相環604上鎖定。約為28MHZ的振蕩器605的輸出被分頻。二分頻電路606的輸出是用來操作A/D轉換器602的，它是約為14MHZ的fs/2信號。910倍分頻電路607的輸出是約為16kHZ的水平同步信號。同步分離器603的水平和垂直同步信號輸出被饋送到時鐘為28MHZ的定時脈衝發生器617上，用於為解碼電路的各個部件產生定時脈衝。
參照流程4，方框401表示預取樣斜對稱濾波器601。因為在HDTV用戶的轉換器中使用了模擬的非理想濾波器601，所接收的模擬輸出信號可能有一些劣化。隨著預測的未來數字濾波器費用的降低。可以預見到HDTV用戶的轉換器採用數字濾波器。最後，步驟6接到步驟7或方框402上。
根據圖6行取樣信號，數字開關611和609的位置完成如圖4方框403的交替空行模式。方框403的後面是方框404，在其內，把交替樣本移到空行中的對應位置上。首先，開關611的奇/偶取樣操作把奇/偶樣本信號聚集在一行中，如方框403所示。在開關609上，奇偶樣本信號分別放在奇偶行中，組成無冗餘樣本信息的梅花狀或五點圖形，如方框404所示。
數字開關609的輸出作為輸入加到二維對角線濾波器608上，用以內插和恢復丟失的樣本信號。這在圖4方框405中表示出，內插的樣本信號××××，0000在方框406中表示。現在，於D/A轉換器614上，1050行信號轉回到用於顯示的模擬形式。轉換過程表示在流程圖4方框407。加到D/A轉換器614的模擬輸出的校正器615是按照Sin(×)/×校正算法工作的。在轉換成HDTV接收機顯示前，在低通濾波器616上，對校正器615的輸出信號進行濾波，以通過1050行B-MAC基帶信號。圖6表示的解碼器與HDTV接收機(未表示)可以簡便地組裝在一起或者可以是分開的部件，這依賴於最初如何使用HDTV而定。
圖7是七行十五階二維對角線瞬ㄆ韉募虻シ嬌蟯肌５痺贖DTV廣播臺的發射源上使用時，或在要達到HDTV廣播質量的中間站上使用時，建議使用按照圖5裝置結構的這種濾波器。三行或五行濾波器足以滿足如包括圖6電路的用戶轉換器中的使用質量。
在湯格(C.J.Tonge)的論文「電視圖象的取樣」(英國獨立廣播公司的實驗和發展報告(12/81))，描述了電視圖象的取樣過程。在其中的圖12-17中闡述了用於用戶轉換器的適當設計的三行和五行濾波器，它比圖7中的七行濾波器更為經濟可行。
所有這些濾波器都包括有單行延遲元件，單個樣本信號延遲元件，加法器和乘法器用於把延遲樣本信號與依賴濾波器複雜程度的特殊係數相乘在一起。該係數從離散付裡葉變換給出的一般下取樣濾波器方程得到的方程式中獲得H(w)=n=-N1n=N1h(n)exp(-jnRw..)]]>其中，-N1≤n≤N2是樣本信號位置的範圍，h(n)是衝激響應，而R是由整數n確定的周期。對於應用(頻率)約為頻率π/2R的濾波器516和601的斜對稱濾波器設計，H(π/R-W)＝1-H(w).
設計對角線濾波器508和608的二維離散付裡葉變換由下式給定H(w1,w2)=n1n1h(n1,n2)exp(-jn1R1w1)]]>exp(-jn2R2w2)。
下表1給出t行十五階濾波器的各係數，應用在圖7所示的乘法器中。
下列表2給出每一係數值表2C(0，0)＝.5000C(4，1)＝-.0214C(0，1)＝.1799C(4，3)＝-.0049C(0，3)＝-.0030C(5，0)＝.0141C(1，0)＝.1919C(5，2)＝.0064C(1，2)＝.0279C(6，1)＝.0045C(2，1)＝.0643C(6，3)＝-.0007C(2，3)＝.0074C(7，0)＝.0002C(3，0)＝.0441C(7，2)＝.0011C(3，2)＝-.0202湯格(Tonge)給出了三和五行濾波器的係數，為了方便起見，重列在這裡，表3列出三行濾波器的係數，表4是五行濾波器的係數。
表30-3060-3010153215010-3060-30表400100-100-10010000-50-6001300-600-5010250230512230025010-50-6001300-600-5000100-100-1001000圖7示出了七行十五階濾波器的詳細方框圖，其具有分別在表1和表2中所示的係數排列和數值。此七行濾波器需要6個獨立的行延遲元件701-706，三行濾波器僅需要2個(延遲元件)而五行濾波器僅需要4個(延遲元件)。而且，七行濾波器實現中，需要3個初始行加法器707-709，在五行中僅需要二個，在三行實現中僅需要一個。
第一和最後的延遲行在加法器707中相加，第二個和倒數第二個在加法器708中相加，以此類推，直至中間行被成對處理。總共有5個處理行。其中4個處理行分別包括單樣本延遲元件701-722，723-736，736-749和750-763。在特殊行中串聯在一起的兩個單樣本延遲元件的位置等價於乘以表1，3或4中的零值係數的。所示的各個延遲的樣本信號在並聯加法器764-776上相加。並在乘法器778-794上乘上係數C(0，0)-C(7，2)。
五個處理行的輸出上的各離散付裡葉變換元素在包含加法器795-810的五級加法器中相加在一起。圖中僅表示了兩元加法器的組合，這是因為可以設想按照超大規模集成(VLSI)電路技術很容易做出這些元件構塊。實際上，本七行十五階濾波器是由4個這樣的VLSI器件裝配成的。
舉例來說，現已製造出在525行B-MAC信號上實施上述方法的編碼器和解碼器。加到典型的編碼器的輸出上的是2621/2行信號，它具有高頻重複頻譜的褶疊信息，可內插出2621/2丟失行。圖9a是525行源圖象的圖片。圖9b是按照本方法從2621/2行信號內插出的525行圖象的圖片。
這種例子說明了本方法和裝置可以為那些傳送介質容量有限，但需要分辯力的地方提供服務。例如，圖象電話服務，或通過電話線路的高分辨力圖文電視。
因此，本文已給出和描述了一種增強發送電視信號垂直清晰度的方法和裝置。這樣能在低帶寬發送信號，而在接收時，得到圖象沒有劣化的具有兩倍垂直分辨力的圖象質量。本方法和裝置闡述了一個實施例，並且給出在HDTV領域中和傳統廣播領域中一個應用範例。但是，對於本技術領域的普通技術人員來說，不必脫離下列所述權利要求範圍和精神，能應用具有其它標準的視頻信號及實施例是很容易完成的。
權利要求
1.一種使具有預定水平行數的電視發射信號的垂直清晰度增加的方法，包括步驟為除去要發送的電視信號的交替行，及在接收時，再內插出未發送的交替行，以奈奎斯特取樣率對要發射的電視信號進行取樣，把電視信號行樣本儲存在行存儲器中，將行樣本信號作二維的對角線濾波，完成電視信號交替行的抽取，捨棄交替行，為發送提供了約為預定行數的一半的數位電視信號。
2.根據權利要求1所述的能使發射電視信號垂直清晰度增加的方法，樣本信號的二維對角線濾波包括的步驟為在每一行中去掉交替樣本，形成梅花狀或五點樣本圖形，各交替行去掉的樣本用最鄰近某行的樣本信號替換。
3.根據權利要求2所述的使發射電視信號垂直清晰度增加的方法，電視信號的取樣過程包括步驟為把約為預定行數一半的信號轉變成用於發送的模擬信號，並且把頻率等於一半奈奎斯特取樣率的模擬信號濾波。
4.根據權利要求1所述的使發射電視信號垂直清晰度增加的方法，未發射的交替行的重新內插依靠把接收的電視信號進行取樣，並且在二維平面上，對角線式地內插出丟失的樣本信號來完成，恢復未發射的交替行，形成有預定水平行數的數位電視信號。
5.根據權利要求4所述的使發射電視信號垂直清晰度增加的方法，在二維平面上，對角線地內插丟失的樣本信號所包括的步驟為從每一行中分離出交替樣本信號，對每一取樣後的行衍生出交替樣本信號的二個樣本信號行，形成交替行樣本信號的梅花形狀或五點式圖形，並通過二維內插替換每一取樣的行的丟失交替樣本信號。
6.根據權利要求4所述的能使發射電視信號垂直清晰度增加的方法，接收電視信號的取樣過程包括下列步驟把頻率等於一半奈奎斯特取樣率的接收信號作濾波，並把接收信號轉換成近似預定水平行數一半的數字行樣本信號。
7.根據權利要求1所述的能使發射電視信號垂直清晰度增加的方法，包含把接收的電視信號進行濾波以除掉高頻分量，使得能夠在傳統電視接收機上顯示出近似為預定水平行數一半的經濾波的電視信號。
8.能使有預定水平行數的發射電視信號垂直清晰度增加的裝置，該裝置包括對待發射的電視信號進行取樣的裝置，在二維平面上，對電視樣本信號進行對角線濾波以形成五點樣本信號結構的圖形的裝置，存儲這種樣本信號的水平行的裝置，轉換存儲在水平行存儲裝置中的樣本信號和行信號的裝置，頻率為電視樣本信號取樣頗率一半的斜對稱的低通濾波器，該低通濾波器輸出是含有預定水平行數一半的信號，用作發射的電視信號。
9.根據權利要求8所述的能使電視信號垂直清晰度增加的裝置，行存儲裝置包括第一和第二行存儲裝置，第一行存儲裝置由第一邏輯電路裝置控制，用於選通送到第二行存儲裝置的行樣本信號。
10.根據權利要求9所述的能使電視信號垂直清晰度增加的裝置，第二行存儲裝置以半取樣率予以鍾控。
11.能使具有預定水平行的發射電視信號的垂直清晰度增加的裝置，包括對發送的視頻信號進行編碼的編碼器，其包含對發射的電視信號作取樣的裝置，在二維平面上對電視樣本信號對角線濾波以形成五點樣本信號結構圖形的裝置，儲存這種樣本信號的一個水平行的裝置，把儲存在水平行存儲裝置的樣本信號和行信號作轉換的裝置，以及一個低通濾波器，它是一個電視樣本信號取樣頻率一半的斜對稱的濾波器，一個在接收時對視頻信號作解碼的解碼器，包括對接收的視頻信號進行取樣的裝置，把視頻信號樣本轉換成具有交替丟失的樣本信號的五點樣本圖形的裝置，從具有交替丟失的樣本信號五點圖形中重新內插出丟失樣本信號的裝置，重新內插裝置的輸出是一個具有預定水平行數的信號。
12.能使接收的有預定水平行數電視信號垂直清晰度增加的裝置包括對接收的視頻信號作取樣的裝置，把視頻樣本信號轉換，把接收的樣本信號的每一行形成交替樣本信號的兩行，組成五點樣本信號模式圖形的裝置，把輸入五點模式圖的丟失樣本信號重新內插的裝置，其結果得到完整的樣本信號行，及對高清晰度電視機所用顯示信號進行處理的裝置。
全文摘要
能使發射電視信號垂直清晰度增加而保留其帶寬的一種方法，包括抽取電視信號的交替行以及在接收時重新內插出未發射的交替行。通過對電視信號進行二維對角線濾波完成交替行的抽取以形成五樣本信號模式圖形。把每一行加到其鄰近行上，以便用1/2行數傳送。傳送前，在斜對稱的低通濾波器上對發射的信號濾波保留帶寬。電視信號的編碼和解碼裝置，包括二維對角線濾波器，行開關和控制電路。本裝置僅包括與編碼裝置的行轉換和控制電路有關的行存儲裝置。
文檔編號H04N7/015GK1034651SQ8810636
公開日1989年8月9日 申請日期1988年9月2日 優先權日1987年9月2日
發明者基思·路卡斯, 威廉·F·范拉索爾 申請人:亞特蘭大科研公司