專利名稱：梳狀濾波器的向量幅度控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于處理以向量形式傳送信息的電信號的電路。這種信號的個例子是復合視頻信號的色度分量。
本發(fā)明部分地針對確定采樣信號的向量的幅度。如果一個信號的各個采樣是一個向量的正交分量，則向量幅度可以通過形成正交分量的平方和的平方根來確定。雖然該功能在計算機上計算是簡單的，但卻難以實現(xiàn)以視頻采樣率執(zhí)行該功能的電路。如果各個信號樣本不是向量的正交分量，則平方和算法根本不會產生所希望的結果。
梳狀濾波器是用于分離視頻信號的頻率插入(frequency-interleaved)分量的最佳電路。其中，三線自適應梳狀濾波器提供最好的性能-價格折衷。三線自適應梳狀濾波器使用兩個一線延遲來同時提供來自三個連續(xù)視頻線的信號。自適應控制電路確定為自第一和最后一線的視頻信號與來自中間線的視頻信號相合并的比例，以產生分離的視頻信號分量。
在特定信號條件下，自適應梳狀濾波器將產生不希望的懸掛點。已經確定，用表示各個線中的色度信息的向量的幅度產生的控制信號被用來最小化由自適應梳狀濾波器輸出的不希望的懸掛點。因此，需要用于以視頻速率產生向量幅度的裝置。還需要一種用于產生采樣信號中的向量幅度的方法和電路，其中，各個樣本不是向量的正交分量。
用于產生采樣向量的幅度的方法包括對多個連續(xù)樣本進行加權，以產生同樣多個加權樣本的幅度，確定多個樣本中最大的幅度，對這個幅度進行加權，以產生一個最大樣本值，以及，對多個加權樣本和最大值進行求和。
用于確定向量幅度的裝置包括一個用于同時產生多個樣本的抽頭延遲線。各個加權電路與各個抽頭相連，加權樣本與第一信號加法器相連。最大檢測器與各個抽頭相連，用于選擇最大樣本值。這個樣本值被加權，并加到又一個信號加法器上，在此將其與從第一信號加法器輸出的信號相加。
這個方法和裝置的例示應用見于一個自適應梳狀濾波器，其中，將來自視頻信號的中間線的色度分量向量的幅度與來自視頻信號的第一線和最后一線的色度分量向量的平均幅度的比用于控制一個軟開關，以改變分離的亮度信號的內容。
下面將參考附圖進一步說明本發(fā)明，在附圖中

圖1是現(xiàn)有技術的自適應三線梳狀濾波器的方框圖；圖2是顯示本發(fā)明的一個實施例的方框圖；圖3和4是實施本發(fā)明的用于計算一個信號向量的近似值的電路的方框圖；圖5是用于產生一個控制信號以操作圖2中所用的軟開關的例示性電路的方框圖。
本發(fā)明是在視頻信號梳狀濾波器環(huán)境下說明的。但本發(fā)明并不限于這個應用。
圖1顯示了三線梳狀濾波器的一個數(shù)字版本。在這個例子中，將每一線中的色度分量所占據(jù)的視頻信號頻譜部分通過帶通濾波器BPF分離出來。將這些信號在自適應色度濾波器中以減法進行合并，以產生梳狀濾波色度信號。然后將梳狀濾波色度信號從一線延遲寬帶視頻信號中分離出來，以產生一個分離的亮度分量。在圖1中，將來自三條線的低通濾波信號在垂直峰化電路中進行比較，以產生一個峰化信號，并將該峰化信號與梳狀濾波色度信號相加。峰化信號將增強亮度響應。
當視頻信號的相鄰線之間有高度相關時，梳狀濾波器工作得良好。如果視頻信號的相鄰線不是很好地相關，則梳狀濾波器的響應下降。當色度垂直細節(jié)被誤解為亮度時，出現(xiàn)亮度點(或更精確地，“交叉亮度”)。自適應梳狀濾波器對于這個問題比簡單的梳狀濾波器更不敏感，因為它們選擇來自與中間線具有最高相關的第一線和最后一線的信號來與中間線合并。然而，在處理帶有一線色度圖形的視頻時，即使自適應梳狀濾波器也產生亮度點。有益的例子例如有經常出現(xiàn)的在電視新聞的標題下面的紅色線條，或用于生成在股票市場“工具條”周圍的方框的細藍線。
梳狀濾波器以一行色度圖形產生點，因為在問題行及其兩個相鄰行之間具有較差的相關。
可以通過在低線間相關期間用帶通濾波視頻信號有選擇地替代加到亮度減法器上的梳狀濾波色度信號來部分地防止亮度點。在替代期間，加到減法器上的產生亮度信號的色度信號是非常相關的，不會產生亮度點。不幸的是，在信號頻譜的這個帶通部分中的亮度分量也是非常相關的，因此消除了亮度信號的高頻部分。
名義上的切換是由一個軟開關來執(zhí)行的，從而加到減法器上的色度信號在帶通和梳狀濾波色度信號之間分配。在圖1中，軟開關由垂直細節(jié)或峰化信號的幅度控制。
圖2顯示了一個改進的自適應梳狀濾波器，其中懸掛點比圖1的裝置顯著減少。在圖2電路中，使軟開關控制電路有利地響應于來自中間線的帶通信號的幅度與來自第一和最后一線的帶通濾波信號的平均幅度的比。更特別地，軟開關響應于在三條線中出現(xiàn)的色度向量的比，也響應于垂直峰化信號。
發(fā)明人已經確定，如果遵守下列軟開關標準，則懸掛點最少。第一，假設軟開關進行操作以便以K(帶通色度)+(1-K)(梳狀濾波色度)的比例合并帶通和梳狀濾波色度，其中K是1或小于1的變量。第二，建立兩個與垂直細節(jié)的幅度有關的閾值，根據(jù)閾值來評定垂直細節(jié)的幅度等級。特別地，將垂直細節(jié)評定為0、1或2，這取決于垂直細節(jié)的幅度是小于閾值、在閾值之間還是大于閾值。閾值相差25％。例示性的閾值為VDmin和5VDmin/4。第三，計算第一(頂)和第三(底)視頻線的色度向量的幅度的平均，并用兩個因子加權，以形成兩個進一步的閾值。將第二(中間)線的色度向量的幅度與兩個進一步的閾值進行比較，并根據(jù)它是小于兩個進一步的閾值、在兩者之間還是大于兩者而將其評定為0、1或2。例示性的加權因子可以是W和5W/4。最后，從表1中所示的矩陣確定軟開關因子K。
表1
最左邊的值VD是垂直細節(jié)等級，底下的值Vm是向量幅度等級。從表1中選擇出的值然后被8除，以形成各個K因子。
圖2中的垂直細節(jié)(VD)或峰化信號是與圖1中類似地得到的。也就是說，三視頻線的低通濾波形式是根據(jù)下面的函數(shù)合并的VD=abs(M-(T+B)/2)其中，T、M和B對應于來自視頻信號的頂線、中間線和底線(第一、第二和第三線)的視頻信號的低通分量。低通濾波器的3dB頻率大約1MHz左右。
色度向量是由通過窄帶帶通濾波器BPF-N從第一、第二和第三視頻信號線導出的信號計算出的。BPF-N濾波器的頻譜中心在色度副載波頻率上，3dB點在距離副載波頻率大約±0.7MHz左右。
圖2中的例示性電路是在HDTV接收機的模擬NTSC接口中實現(xiàn)的。在這種環(huán)境下，使用18MHz的采樣時鐘是很方便的。分歧是連續(xù)的色度樣本不表示正交分量。因此，色度向量的幅度不能通過平方和的平方根算法來產生。因此提出了一種用于確定色度向量的近似幅度的方法和電路。在數(shù)學上，將用于近似向量幅度的發(fā)明過程描述為Vm=a0s0+a1s1+a2s2+a3s3+ansn+C*MAX(si)+D*MIN(si)其中，si是連續(xù)信號樣本的絕對值，ai、C和D是加權系數(shù)，MAX(si)和MIN(si)是n個樣本值的絕對值的最大值和最小值。數(shù)n和系數(shù)值與表示向量的信號頻率與樣本頻率的比有關。非常接近地近似由以18MHz采樣的信號表示的NTSC色度向量的幅度的函數(shù)Vm表示為Vm=s0+s1+s2+3MAX(si)在這個例子中，連續(xù)樣本的個數(shù)n是三，所有系數(shù)ai都為值1，系數(shù)D為0。
圖3顯示了用于實時近似這個向量的電路。將已經以18MHz采樣的色度信號提供給裝置30，裝置30產生各個信號樣本的絕對值。裝置30例如可以用由各個樣本的符號位控制的1的補碼電路或2的補碼電路來實現(xiàn)。將絕對值或各個樣本加到一個包括級聯(lián)連接的單樣本延遲級31的抽頭延遲線上。抽頭在各個延遲線的互連連線上。在各個抽頭的樣本(由因子1有效加權)被加到加法器33上，加法器33形成和S(1+z-1+z-2)，等效于s0+s1+s2，其中假設S是色度信號。
將來自各個抽頭的樣本絕對值加到一個最大值檢測器27上，最大值檢測器27確定具有最大絕對值的樣本s1。具有最大絕對值的樣本在加權電路34中被加權。在這個例子中，加權因子是值3。將加權最大樣本值3Max(s1)以及和S(1+z-1+z-2)加到一個加法電路35，得到連續(xù)樣本Vm=S(1+z-1+z-2)+3Max(s1)。在這個例子中，系數(shù)未被規(guī)格化，因此將加法器35的輸出提供給一個定標器36，對輸出值進行規(guī)格化。這個例子的一個例示性規(guī)格化因子可以是7/32。
圖3的裝置是依據(jù)本發(fā)明的向量幅度檢測器的簡化形式。它產生精度大于90％的向量幅度值。圖4顯示了向量幅度算法的完全實施形式。在這個實施例中，可以在結果中實現(xiàn)更高的精度。在圖4中，用相同的標號表示與圖3中相同的部件。
與在圖3中一樣，將來自部件30的絕對值加到一個包括級聯(lián)連接的單樣本延遲級31的抽頭延遲線。抽頭是在各個延遲線的互連連接處被接通的。將來自各個抽頭的樣本加到各個加權電路32上，各個系數(shù)ai也加到各個加權電路32上。系數(shù)可以被硬布線到系數(shù)輸入連接，或者可以通過一個12C總線提供。將來自各個加權電路的加權樣本提供給加法器33，形成和S(a0+a1z-1+a2z-2+anz-n)。
來自各個抽頭的樣本絕對值還加到分別確定樣本絕對值si的最大值和最小值的最大值檢測器37和最小值檢測器38。具有最大絕對值的樣本在加權電路34中加權。具有最小絕對值的樣本在加權電路39中加權。將加權的最大樣本值C*MAX(s1)、加權的最小樣本值D*MIN(s1)以及和S(a0+a1z-2+ansn)加到求和電路35，得到連續(xù)向量幅度Vm=a0s0+a1s1+a2s2+ansn+C*MAX(si)+D*MIN(si)。求和電路35的輸出值可以加到一個與定標器電路36相似的定標器電路。然而，如果系數(shù)被規(guī)格化，則不需要定標器36。
分別將規(guī)格化的系數(shù)a0、a1、a2、C和D選擇為0.33、0.56、0.336、0.28和-0.189，并使所有其他系數(shù)為0，則向量幅度為Vm=0.33s0+0.56s1+0.336s2+0.28MAX(si)-0189MIN(si)采用這些系數(shù)，使得對于18MHz的樣本，色度信號向量幅度在1.5％p-p誤差范圍內。
或者，分別將非規(guī)格化的系數(shù)a0、a1、a2、C和D選擇為4、7、4、4和-2，并將定標器36中的定標因子選擇為5/64，則對于18MHz樣本，色度信號向量幅度在2.0％p-p誤差范圍內。注意，雖然后一個例子的誤差稍微大一些，但電路則簡單得多，因為大多數(shù)加權電路可以用移位器來實現(xiàn)。
當表示向量的信號的頻率與樣本頻率的比變大時，在計算中應該使用更少的樣本，因為當樣本要表示一個信號周期的較大部分時信號會變得有拖影。相反，當該比值變小時，在計算中可以使用更多的樣本，雖然這可能并不需要。例如，再考慮一個色度向量，但可以是以27MHz采樣的信號表示的，根據(jù)下列關系Vm=19/128(3s0+s1+3s2+3MAX(si)-2MIN(si))的三樣本實施例產生在2％p-p誤差內的向量幅度。
圖5顯示了具有用于產生軟開關控制信號的色度向量近似電路的自適應梳狀濾波器。在圖5中，使得三個視頻信號線同時可用于單H延遲線40和41。將當前的視頻信號分別加到帶通濾波器24、43和44上。帶通濾波器具有中心在色度副載波的大約為1.4MHz的3dB帶寬。帶通信號與各個向量幅度近似電路45、46和47相連。將來自視頻信號的頂線和底線的近似向量幅度在加法器48中求和。將這個和在部件49中除以2，以產生這兩個幅度的平均值。將該平均幅度加到一個定標電路51。將定標因子值加到定標電路的乘數(shù)輸入端61。系統(tǒng)控制器通過12C總線可以提供這個定標因子，或者該定標電路可以是個固定值。定標電路的輸出是第一閾值TH1。將閾值TH1加到比較器52的第一輸入端。將來自中間視頻信號線的近似向量幅度加到比較器52的第二輸入端。比較器2例如提供三個輸出狀態(tài)0、2和1，分別用于表示中間線的向量小于第一閾值TH1、大于第一閾值TH1的△倍以及在上述值之間。將比較器2的輸出信號加到一個選通電路53。
將來自中間視頻線的向量幅度也加到比較器50。將第二閾值TH2加到比較器50的第二輸入端。閾值TH2可以通過12C總線從系統(tǒng)控制器(未顯示)提供，或者它可以是一個硬連線值。閾值TH2表示色度信號的最小值，表明色度信號在中間線上存在還是不存在。TH2的典型值在20IRE左右。在比較器50將中間線的向量與閾值TH2進行比較，比較器50的輸出與選通電路53的控制輸入端相連。如果中間線的向量小于或大于閾值TH2，則由比較器52提供的狀態(tài)值分別被選通電路53禁止和通過。
由選通電路53提供的值可以直接用作軟開關控制值K?；蛘?，這些值可以加到一個加法器57，在這里與一個偏移值相加。偏移值例如可以通過12C總線從系統(tǒng)控制器提供。加上偏移值是因為向量狀態(tài)值只表明該向量是三個幅度范圍中的一個，而不表示實際范圍。將加上偏移值的向量典型值提供給定標電路59，以便將該值規(guī)格化為小于或等于值1的值。從定標電路59輸出的值是K值的另一種形式。
在形成軟開關控制信號K中使用垂直細節(jié)或峰化信號是非常有利的。這是通過將垂直細節(jié)或峰化信號加到一個絕對值電路上來實現(xiàn)的，這個絕對值電路提供垂直細節(jié)的絕對值或峰化信號。將這些絕對值加到比較器55的第一輸入端。將第三閾值TH3加到比較器55的第二輸入端。比較器55根據(jù)垂直細節(jié)或峰化信號相對于值TH3的值產生多個狀態(tài)。例如，比較器55可以輸出狀態(tài)0、2和1，用于分別表示垂直細節(jié)或峰化信號的幅度小于TH3、大于TH3β倍以及在TH3和βTH3之間。β的一個例示值是5/4。閾值TH3可以由一個系統(tǒng)控制器通過12C總線提供，并且是可變的，以允許用戶調節(jié)啟動峰化的電平。
將由比較器55提供的狀態(tài)值與由選通電路53提供的狀態(tài)值進行合并。將合并的狀態(tài)值加到一個部件56上，部件56可以是ROM或PLA編程的，以提供如表1所示值的值。這些輸出值是例示性的?？梢詫崿F(xiàn)或多或少的輸出值，這取決于需要何種精度的軟開關的微調控制。將部件56的輸出值提供到前面描述的關于從選通電路53直接輸出信號的加法器57。
這里已經在自適應視頻信號梳狀濾波器的環(huán)境下描述了向量近似裝置。信號處理領域的普通技術人員應該理解，該裝置也可以用在執(zhí)行求積調制信號的均衡或這種信號的載波恢復的裝置中。該裝置還可以用于檢測求積調制信號，其中向量幅度電路用作一個包絡檢測器。
權利要求
1．一種用于近似由采樣信號表示的向量的幅度的方法，其特征在于包括提供一個采樣信號；產生各個樣本的絕對值；同時提供多個連續(xù)樣本絕對值；合并所述多個樣本絕對值以形成第一和；確定所述多個樣本絕對值的最大值；對所述樣本絕對值的最大值進行加權；以及合并所述第一和以及所述加權最大值，以形成向量的所述近似幅度。
2．如權利要求1所述的方法，其特征還在于包括，在合并步驟之前對各個所述多個樣本絕對值進行加權。
3．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個樣本絕對值是三個，所述最大值用因子三進行加權。
4．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述向量幅度由一個包括項∑(aiSi)+C*MAZ(Si)的函數(shù)定義，其中，Si是樣本絕對值，C是常數(shù)加權因子，ai是各個加權系數(shù)。
5．如權利要求1所述的方法，其特征還在于包括確定所述多個樣本絕對值的最小值；對所述最小值進行加權；以及合并所述加權最小值、所述第一和以及所述加權最大值，以形成向量的所述近似幅度。
6．用于計算由采樣信號表示的向量的幅度的近似值的裝置，其特征在于包括一個采樣信號源；與所述信號源相連的絕對值(30)電路；與所述絕對值電路相連的抽頭延遲線(31)，用于同時提供多個樣本；與所述抽頭延遲線的各個抽頭相連的合并電路(33)；與所述抽頭延遲線相連的最大值檢測器(37)，用于選擇由所述抽頭提供的樣本的最大絕對值；與所述合并電路和所述最大值檢測器相連的第二合并電路(35)，用于提供樣本絕對值和最大絕對值的和。
7．如權利要求6所述的裝置，其特征還在于包括連接在所述第二合并電路和所述最大值檢測器之間的加權電路。
8．如權利要求7所述的裝置，其特征還在于包括連接在各個抽頭和所述合并電路之間的各個加權電路。
9．如權利要求6所述的裝置，其特征在于，采樣信號是視頻信號的色度分量，所述裝置還包括包含一個軟開關的梳狀濾波器，用于對所述視頻信號進行梳狀濾波；控制信號發(fā)生電路，連接在所述第二合并電路和所述軟開關的一個控制輸入連接之間。
10．如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述控制信號發(fā)生電路包括第二和第三向量近似電路，用于近似在包含所述多個樣本的視頻信號線之前和之后出現(xiàn)的視頻信號線中的向量；平均器，用于對來自所述第二和第三向量近似電路的向量近似值進行平均；與所述第二合并電路和所述平均器相連的比較器；以及將所述比較器的輸出連到所述控制輸入連接的裝置。
11．如權利要求10所述的裝置，其特征在于所述比較器提供多個輸出值，各個值表示在所述近似向量幅度值與所述平均值之間的差值。
12．如權利要求6所述的裝置，其特征還在于包括與所述各個抽頭相連的最小值選擇器，用于選擇由所述抽頭提供的最小絕對值；與所述最小值選擇器相連的加權電路，用于提供加權的最小絕對值；以及其中，所述加權的最小絕對值與所述第二合并電路相連。
13．一種對視頻信號進行梳狀濾波的方法，其特征在于提供一個包括色度和亮度分量的視頻信號；自適應地合并來自三個連續(xù)視頻線的樣本，以提供一個梳狀濾波色度分量；提供帶通濾波視頻信號；響應于一個控制信號，合并梳狀濾波色度分量和帶通濾波視頻信號，以提供又一個信號；相減地合并所述又一個信號和所述視頻信號，以提供一個梳狀濾波亮度分量；以及，其中所述控制信號是通過如下步驟產生的從所述視頻信號形成一個垂直峰化信號；計算所述三個連續(xù)視頻線的至少中間一個的色度分量的向量幅度；以及產生與所述向量幅度和所述垂直峰化信號的幅度值有關的控制值。
全文摘要
自適應梳狀濾波器電路響應于色度向量絕對值以限制懸掛點。色度向量絕對值通過延遲(31)帶通濾波視頻信號以便同時提供多個樣本絕對值來計算。多個樣本絕對值被加權(32)和求和(33)。選擇多個樣本絕對值的最大值(37)和最小值(38),并分別加權(34,39)。將加權的最大值和最小值與加權樣本的和進行合并(35),以提供近似色度向量絕對值。顯示了得出在1.5%p—p誤差內的實時色度向量幅度值的例示性電路。向量幅度近似電路可以用于計算由不具有正交關系的連續(xù)樣本表示的向量。
文檔編號H03H17/06GK1301114SQ00134840
公開日2001年6月27日 申請日期2000年11月30日 優(yōu)先權日1999年12月3日
發(fā)明者馬克·F·拉姆賴克, 約翰·K·勒夫金 申請人:湯姆森特許公司