專利名稱：對復合視頻信號的視頻信號俘獲和壓縮的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明總的說是關于視頻信號俘獲和壓縮系統(tǒng)，而具體說是關于用于俘獲、壓縮、和存儲多幀電視視頻信號的系統(tǒng)。與本發(fā)明相關的背景技術現(xiàn)今公知的有許多系統(tǒng)用于俘獲和壓縮視頻信號剪輯。典型的視頻信號俘獲系統(tǒng)采用昂貴的帶有鎖相環(huán)電路的電視譯碼器芯片，首先將模擬視頻信號變換成作RGB或YUV格式化的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，然后在8與24bit/pixel(bpp)之間將此數(shù)字視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到硬盤或其他儲存裝置。多數(shù)系統(tǒng)采用離散余弦變換(DCT)、向量量化、及其他方法利用硬件壓縮YUV或RGB數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)需要復雜昂貴的硬件壓縮集成電路(IC)。
典型地，RGB數(shù)據(jù)以24、16或15bit/pixel(bpp)發(fā)送。YUV數(shù)據(jù)以16、12或9bpp發(fā)送。作調色板化的RBG數(shù)據(jù)使得能同時有256種色彩以8bpp發(fā)送。采用硬體壓縮，對高質量圖象的每一象素的比特位值被降低到4和3bpp，對各不同格式的估算圖象品質為24bpp時RGB和16bpp時YUV為100％；16bpp時RBG和12bpp時YUV為85％；15bpp時RGB為75％；在3bpp時以JPEG DCT和在4bpp時以向量量化作硬件壓縮為60％；和作調色板化的RGB為50％。
這些系統(tǒng)中每一個均需要電視譯碼器芯片和復雜的鎖相環(huán)電路。沒有一個這樣的系統(tǒng)不用硬件壓縮能得到高品質的壓縮和高數(shù)據(jù)率。這些系統(tǒng)均不直接將經(jīng)壓縮的原始視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到外部計算機加以存貯。
本發(fā)明概述概括地說，本發(fā)明是一僅需要發(fā)送3bpp到外部計算機以維持75％的圖象品質水平的視頻信號俘獲和壓縮系統(tǒng)的方法。這是利用排除硬件電視譯碼器芯片、復雜的鎖相環(huán)電路或壓縮IC的簡單電路實現(xiàn)的。故而，本發(fā)明利用非常簡單的硬件完成視頻信號俘獲功能而產(chǎn)生優(yōu)于傳統(tǒng)的視頻俘獲系統(tǒng)的結果和可與由最好的、極為昂貴的硬件壓縮芯片所取得結果相匹敵的結果。
具體說，本發(fā)明的方法是在用NTSC或PAL標準的復合TV信號的已被壓縮的特征。在本方法中，模擬視頻信號被數(shù)字化和將此數(shù)字化復合視頻信號數(shù)據(jù)的有效視頻部分由7、6、5、4或3bpp分別壓縮到5、4、3、2或1bpp。不經(jīng)壓縮以14MHz采樣的并使其數(shù)據(jù)取樣值被裁取到5bit的數(shù)字化NTSC信號將保持75％它的圖象品質。
模擬復合信號中的彩色信息被編碼進數(shù)字復合視頻信號的各取樣值中。這種編碼措施使復合視頻信號取樣能在各樣值中實際上保留，與在NTSC信號被譯碼成分開的Y、U和V(或Y、I和Q)成份后亮度(Y)部分單獨所保留的同樣的信息量。對于作YUV 4∶2∶2格式化的數(shù)據(jù)(每二個U和V取樣作四個Y采樣的通用形式)，這一方法提供100％的數(shù)據(jù)空間節(jié)省。對于YUV 4∶1∶1格式，此法得到50％的(空間)節(jié)省。
為利用由復合視頻信號中得的復合視頻信息的優(yōu)選系統(tǒng)包括俘獲單元，存儲單元和視頻信號操作塊。俘獲單元數(shù)字化、俘獲和壓縮來自復合信號的視頻信息。存儲單元存貯由俘獲單元產(chǎn)生的經(jīng)修改的視頻數(shù)據(jù)。操作塊檢索被存貯的視頻信息將其譯碼成YUV格式，或某種另外的格式，例如RGB或YIQ，供以后顯示用。
由下面結合附圖所作的詳細說明及附列的權利要求將較容易地看到本發(fā)明一些另外的目的和特點，所列附圖為

圖1為本發(fā)明的將模擬NTSC信號作為數(shù)字視頻信號俘獲的優(yōu)選實施例的方框圖；圖2A為描述由本發(fā)明檢測和譯碼得的關鍵特征的NTSC信號的曲線圖；圖2B為組成-NTSC幀的二場的關系的曲線；圖2C為描述本發(fā)明的數(shù)字壓縮方法的典型NTSC信號的曲線；圖3為圖1的ASIC的擴展方框圖；圖4為圖1的計算機/譯碼機200的擴展方框圖；圖5為用于PREVIEW(預覽)模式由譯碼機所進行步驟的流程圖；圖6為描述用于PREVIEW模式如何對相鄰對行進行譯碼的圖形；圖7A為用于高分辨率(HIGRES)模式由譯碼機所進行步驟的流程圖；圖7B描述圖7A的流程圖中的步驟418a～418e；以及圖8為存儲在計算機上的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)被作為模擬NTSC信號編碼時的替代實施例的方框圖。
優(yōu)選實施例的詳細描述參看圖1，表明本發(fā)明的能俘獲、壓縮、存貯和譯碼可以是作NTSC或PAL格式化信號的復合視頻信號111的優(yōu)選實施例110的方框圖。此優(yōu)選實施例包括有輸入放大器120，低通濾波器(LP)124，模/數(shù)轉換器(A/D)122，進行視頻信號壓縮的應用特定ASIC140，并行端口180和執(zhí)行解壓縮和譯碼軟件220的計算機200。
參看圖2A，表明代表模擬復合視頻信號111的電壓-時間曲線。模擬數(shù)據(jù)每一行的起端以特定寬度的同步脈沖SP開始。隨同步脈沖SP之后是一為譯碼信號的視頻成分VC中的彩色信息NTSC譯碼器必須同步到的預定頻率的彩色脈沖群脈沖CP。在NTSC系統(tǒng)中，CP為3.57MHz的9個正弦波周期。隨CP之后的是行的視頻成分VC，它由被I和Q色度成分調制的3.57MHz的正弦波和用于亮度成分的DC電壓組成。組成TV圖象一幀的掃描行的關系對照圖2B進行說明。
參看圖2B，表明構成一幀TV圖象的掃描行的分布。各幀由二交錯行的場F1和F2組成。這樣，相鄰圖象來自不同的場。結果，圖象所取自的源(場)中的運動將使得相鄰行包括有稍許不同的信息。當在由這樣一圖象俘獲一靜片時這種運動會在此靜片中造成模糊。本發(fā)明的一個目標是檢測并消除這樣運動的后果來提供由復合視頻圖象得到最清晰可能的靜片圖象俘獲。
參看圖1，放大器120對輸入復合信號111進行放大，將放大的信號121傳送到低通濾波器124。低通濾波器124對被放大信號121進行防混淆操作，在此將可能被作為同帶傳輸信號解調的高頻成分由信號121中去除。經(jīng)濾波的輸出125被A/D122以足夠俘獲信號125中的最高頻率信息內容的頻率采樣，所得的取樣值作為8bit數(shù)據(jù)輸出到ASIC140。在此優(yōu)選實施例中，復合數(shù)據(jù)111為NTSC視頻數(shù)據(jù)流，A/D采樣頻率為14.3MHz。
此優(yōu)選實施例以二種模式之一運行PREVIEW為一最適用于由計算機200預檢復合視頻數(shù)據(jù)流111的相對低分辨率模式；和HIGHRES為一用于由復合視頻數(shù)據(jù)流123俘獲高品質靜片的高分辨率模式。在PREVIEW模式中ASIC140生成每取樣值3bit的壓縮視頻數(shù)據(jù)，和在HIGHRES模式中ASIC140生成每取樣值5bit的壓縮視頻數(shù)據(jù)。
ASIC140以能利用軟件220將取樣值譯碼成各種不同格式(如RGB，YUV)的數(shù)字視頻信號而無需復雜昂貴的鎖相環(huán)電路的狀態(tài)壓縮復合取樣值。ASIC140利用包括有同步脈沖141和彩色脈沖群時間脈沖141b的控制信號來控制增益和粹發(fā)脈沖定位。ASIC 140檢測復合取樣123中時應于復合信號111中的界標的特征，利用由系統(tǒng)模式(PREVIEW或HIGHRES)所確定的壓縮方法壓縮復合取樣值123，而后將經(jīng)壓縮的數(shù)據(jù)存儲進存貯器160。ASIC140以通常的方式應用18bit地址線141c，行地址選通脈沖(RAS)141d，列地址選通脈沖(CAS)141e，寫使能信號WE’141f和16bit數(shù)據(jù)通路141g將數(shù)據(jù)寫入存貯器160。在此優(yōu)選實施例中，存貯器160為一0.5兆字節(jié)(MB)存貯器，盡管更大存貯器也可以采用，但如果人們愿意犧牲圖象質量，如由為各圖象場存貯較小數(shù)據(jù)所需亦可以是更小的存貯器。
當系統(tǒng)處于PREVIEW模式時，相當于8場的壓縮取樣被存放在存貯器160中各自的64KB緩沖器中(在此優(yōu)選實施例中每一場實際占據(jù)45KB)。當系統(tǒng)處于HIGHRES模式時，4場被相鄰接地存放在存貯器160中的511KB中。除壓縮的視頻取樣值外，還在存貯器中存放有彩色脈沖群取樣(PREVIEW模式為16/行，HIGHRES模式為32/行)；每一16取樣塊的MINIMUM(最小量)和MULTIPLIER(系數(shù))值；和時標和識別符值。時標由一14MHz自激6bit計數(shù)器148產(chǎn)生。時標和識別符的一個比特位被附加到數(shù)據(jù)流181作為此數(shù)據(jù)流181的bit15。時標占用分包數(shù)據(jù)流181的最初的少量取樣向其余的bit15則被用作為識別符。識別符對每一16壓縮象素塊生成一1和0的分布形式以使得能發(fā)現(xiàn)起始和結果。PREVIEW與HIGHRES模式間數(shù)據(jù)大小的差異是由于每一取樣的bit數(shù)的不同(3對5)和PREVIEW模式中每行存儲一半取樣數(shù)這種情況造成的。PREVIEW模式每幀僅俘獲一場，在循環(huán)方式中它連續(xù)俘獲進8個緩存器。在需要時計算機200按ASIC140所作選擇裝載最后一被填滿的緩存器。
ASIC140控制通過標準并行端口180將存放在存貯器160中的壓縮數(shù)據(jù)輸出到計算機200。并行端口180與ASIC140間的接口包括有用于壓縮取樣的8bit數(shù)據(jù)通路179a，被計算機用來中繼數(shù)據(jù)流命令到ASIC140的由并行端口180至140的4bit控制通路179b，和被ASIC140中繼數(shù)據(jù)流和壓縮狀態(tài)到計算機200的5bit狀態(tài)通路179c。
對ASIC140的另一輸入為來自一以28.63MHz(此為復合信號111的彩色脈沖群頻率的8倍)運行的晶體173的時鐘信號141h。時鐘信號141h提供為ASIC140壓縮和時間標定數(shù)字視頻信號取樣所需的定時控制。
計算機200通過并行端口180由ASIC接收數(shù)字取樣值181。計算機中執(zhí)行的軟件220以取決于系統(tǒng)模式的狀態(tài)解壓縮取樣值。此軟件220的關鍵特征在于它解壓縮取樣無需采用復雜的鎖相環(huán)電路。為此該軟件220利用數(shù)字取樣值中的界標，例如由ASIC140所加的同步和彩色脈沖群脈沖及時標，來重建被復合數(shù)據(jù)調制的正弦波載波的頻率。然后軟件220將取樣值與重建的載波相匹配，解壓縮取樣，以及如果需要的話將取樣作彩色間距變換到為計算機200所支持的數(shù)字視頻信號格式。例如，如果被解壓縮的取樣被格式化作為YUU數(shù)據(jù)和計算機僅顯示RGB數(shù)據(jù)，軟件220即由此被解壓縮取樣提取亮度(Y)和色度(U和V)信息，而后應用公知的變換技術將Y、U和V成分轉換到R、G和B成分。
當系統(tǒng)處于PREVIEW模式中時軟件220在其成為可行時解壓縮各幀的視頻數(shù)據(jù)。各幀顯示的幀實際上僅對應于一場。當系統(tǒng)處于HIGHRES模式時軟件220同時處理來自4場的解壓縮視頻信息以便能由輸入視頻數(shù)據(jù)得到最高可能的靜片圖象品質。軟件220用來獲取高的最終圖象品質的一種技術是進行逐幀比較來檢測和去除最終圖象中的運動。在一優(yōu)選的運動-檢測-去除方法中具有運動的區(qū)域被劃出然后填充以利用對運動不太敏感的PREVIEW模式(亦即單一場)解壓縮技術作解壓縮的圖象數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在參照圖3更詳細地說明ASIC140的操作。
參看圖3，表明圖1的ASIC140的擴展方框圖。此圖表示-ASIC140的優(yōu)選實施例，包括有時鐘轉換電路142，同步檢測器和格式化器144，RAM控制器部件146，計數(shù)器148，通信部件150，接口部件152和壓縮部件154。來自A/D122的數(shù)字化取樣123構成對ASI140的主要輸入。這些取樣值123由同步檢測器144作初始處理，在視頻數(shù)據(jù)每一行和場的起始檢測視頻同步信號由其組成輸出到RAM控制器146和壓縮部件154的控制信號。此同步信息使得能在順各行的正確時間俘獲彩色脈沖群和視頻數(shù)據(jù)。
通信部件150結合寄存器156通過并行接口180由計算機200接收系統(tǒng)模式和控制信號151a、151b。至少為PREVIEW或HIGHRES之一的模式151a被存放在寄存器156之一中并被通信部件150分配到在需要時將此模式151a傳送到其他部件(例如壓縮部件154和RAM控制器塊146)的接口部件152。控制信號151b包括被存放在寄存器156中的START和STOP信號，它對ASIC分別指示開始還是停止視頻信號俘獲操作?？刂菩盘?51b還被送到將其中繼到RAM控制器部件146的接口部件152。寄存器156還包括有由ASIC140寫和由計算機200讀的狀態(tài)寄存器。此狀態(tài)寄存器除其他外還指示在PREVIEW模式中下一次要將視頻數(shù)據(jù)(存放在存貯器160中)的8個64KB緩存器中的哪一個發(fā)送到計算機由軟件220解壓縮和俘獲。最終，計算機200作出的上述所有命令/信號均由推動器軟件220發(fā)出，進行這里加以說明的視頻信號操作。
接口部件152設定系統(tǒng)模式151a并根據(jù)控制信號151b確定開始/停止視頻信號俘獲操作的時間。如上面提到的，接口部件傳送模式和開始/停止信號151a、151b給RAM控制器部件146和傳送模式151a到壓縮部件154。
壓縮部件154以與由接口部件152的設定的模式151a相一致的方式壓縮來自A/D變換器122的數(shù)字化取樣123?，F(xiàn)在參照圖2C說明壓縮操作，介紹壓縮復合視頻信號的過程。
參看圖2C，表明一代表模擬復合視頻信號波形的電壓-時間曲線240。在本壓縮方法中首先在一預定的信號數(shù)據(jù)段鄰近定義一窗口242。窗口242的寬度被固定為等于為傳送復合信號111中相當于16象素的數(shù)據(jù)所需的時間。窗口242的底邊被設置到此窗口內部的最小峰值復合信號值和窗口的頂邊被設置到此窗口內的最大峰值復合信號值。對各窗口242定義一等于X軸與窗口242底邊間的垂直距離的最小幅值(MINIMUM)262并作7bit編碼。然后將窗口242內的16個象素的每一個以N bit編碼(當模式為PREVIEW或HIGHRES時N分別為32或5)。對應于N bit的2N值在窗口242的整個垂直范圍內均勻展開。窗口242的高度將隨信號111的信息量變化。為適應這些差別本壓縮操作定義一在其各別窗口內將每一象素的N比特值映射到正確的垂直間隔量的因子(MULTIPLIER)248。例如，陡的曲線將是具有較之接近平坦的曲線的因子大的因子248。此因子248被以2bit編碼。這樣，壓縮部件154所接收的未經(jīng)壓縮取樣16象素的每一個均被壓縮成16N+2+7bit的信息塊(對PREVIEW模式得到57bit，對HIGHRES模式得到87bit)。本壓縮方法由于NTSC數(shù)據(jù)傾向于在給定的小時間周期內(如窗口242寬)呈現(xiàn)相對很小的變異而能提供可接受的準確性。
壓縮部件154輸出壓縮數(shù)據(jù)155作為16比特字到RAM控制器146。PREVIEW和HIGHRES模式對每一16數(shù)據(jù)取樣信息塊分別采用4和6個字。RAM控制器154控制壓縮155如何被輸入和取出存貯器160。如上所述，在PREVIEW模式中一次可在0.5MB存貯器160中存放8場壓縮數(shù)據(jù)而在HIGHRES模式中一次可在存貯器160中存放4場壓縮數(shù)據(jù)。RAM控制器154由于它由同步檢測器和格式化器144接受同步信號而能識別每一新數(shù)據(jù)行的起始。
時鐘轉換電路142確定PREVIEW模式中哪一數(shù)字化取樣由其他ASIC電路處理。具體說，時交錯視頻信號行時鐘轉換電路142取集更迭的取樣。例如說，對于一場中的第一行時鐘轉換電路142可選擇偶數(shù)取樣而對第二行它可選取奇數(shù)取樣。這樣在PREVIEW模式中由ASIC140處理的數(shù)據(jù)量即可減少。利用來自一對行的交錯取樣提供計算視頻信號和隨后被用來譯碼色度信息的彩色脈沖群角度所需的信息。這種操作在HIGHRES模式并不需要，這里應用所有可用的取樣123。
現(xiàn)參照圖4說明計算機200中所進行的解壓縮操作。
參看圖4，表明承擔設定模式控制ASIC140的視頻信號俘獲操作的計算機200的方框圖。計算機200還對由ASIC140接收的經(jīng)壓縮數(shù)據(jù)進行譯碼，以便由ASIC140俘獲的復合視頻信號能為其他應用顯示或存儲。
計算機200包括有處理器204，它可以是一快速的基本存貯器206b(如RAM)或一較慢的輔助存貯器206a(如硬盤驅動器)的存貯器206，顯示器208和用戶接口209。計算機200按照眾所周知的計算原理操作(即，計算機200在為執(zhí)行程序提供系統(tǒng)服務的操作系統(tǒng)(未圖示)的控制下執(zhí)行其存貯器106中的程序)。在此優(yōu)選實施例中，計算機200以通過標準連接器，例如并行端口180發(fā)送和接收信號來與ASIC140通信。替代并行端口，計算機200也可利用任一種其他適宜的接口例如Universal Serial(通用串行總線，USB)Peripheral Component interface(外設部件接口PCI)來與ASIC140進行通信。系統(tǒng)模式和何時進行數(shù)據(jù)俘獲操作典型地由用戶接口209指明。
存貯器206包含應用程序軟件210和包括控制ASIC140的視頻信號俘獲操作和進行視頻譯碼操作的視頻俘獲驅動器214的驅動器212。存貯器206還包括由應用程序210和驅動器212應用的數(shù)據(jù)結構217。具體說，數(shù)據(jù)結構217包括亮度調節(jié)表216a和用于計數(shù)器數(shù)據(jù)216b、色彩脈沖群數(shù)據(jù)216c、解壓縮復合數(shù)據(jù)216d、解壓縮色度(或色品)數(shù)據(jù)216e、解壓縮亮度數(shù)據(jù)216f、用來壓縮取樣值、解壓縮的U和V彩色值216h、216i的因子216g、運動映象216j、中間結果緩存器216k、色品查找表216m和補償緩存器216n的表/緩存器。其他的數(shù)據(jù)結構217包括存放被視頻信號俘獲驅動器的用戶設定PREVIEW或HIGHRES的模式的模式變量218。應指出，所述的表和緩存器216的配量僅僅是說明被本發(fā)明所處理的信息種類，事實上這種信息可任意地組織。
視頻信號俘獲驅動器214根據(jù)系統(tǒng)處于PREVIEW還是HIGHRES模式采用不同方法來譯碼壓縮取樣。此二模式的共同特征是視頻信號俘獲驅動器214再生與復合信號相關的載波正弦波而無需PLL電路。在PREVIEW模式中，利用來自一幀的當前最可行的Field1的信息作圖象譯碼。在HIGHRES模式中利用來自二個當前最開行的幀的所有4場的信息作圖象譯碼?，F(xiàn)在參照5～7說明本發(fā)明在PREVIEW和HIGHRES模式中的操作。
參看圖5，表明視頻信號俘獲驅動器214對PREVIEW、即3bit模式所進行的譯碼方法300步驟的流程圖。作為第一步驅動器214檢查輸入數(shù)據(jù)181的排列以便能易于由存貯器160讀出信息塊(步驟302)。在步驟302，驅動器214還尋找和解壓縮數(shù)據(jù)流181中的彩色脈沖群信息塊(CB)并由解壓縮CB信息推導角度。在接收到每一新行時驅動器214由最初少量的數(shù)據(jù)塊拾取bit15(此時取得定時信息)并將定時信息存入計數(shù)器表216c中(304)。此定時信息在后面被驅動器214用來分類和正確排列欲加譯碼的數(shù)據(jù)。
在經(jīng)排列后所接收的數(shù)據(jù)即被解壓縮(306)。這一過程涉及到驅動器利用以各相當于壓縮數(shù)據(jù)281的16象素得到因子248和最小幅值262倒轉前述的壓縮過程。因子248也被存貯進因子緩存器216g(圖4)供稍后用于由被顯示圖象中消除假象。在此優(yōu)選實施例中解壓縮每次進行23信息塊，這里每一塊代表相當于各象素3bit的視頻信息的數(shù)據(jù)的16個象素。
一但復合數(shù)據(jù)被解壓縮后驅動器214即由彩色(色度)信息分離在解壓縮的復合信號中被一齊編碼的黑、白(亮度)信息(308)。在此優(yōu)選實施例中這種操作利用軟件中所實現(xiàn)的有限脈沖響應(FIR)濾波器215進行?，F(xiàn)在參照圖6說明FIR濾波器215的操作。
參看圖6，表明一對解壓縮的復合象素行。如上述，相鄰行存在著交替象素。在PREVIEW模式中FIR濾波器215采用每隔5個象素值分離彩色和亮度(Y)信息。即，F(xiàn)IR濾波器215僅需在每6個象素中操作一次。這一點很重要，因為FIR濾波器215是一種計算上很昂貴的操作。執(zhí)行中FIR濾波器215由復合信號派生亮度信息。一復合信號具有Composite(復合)、Chroma(色度)和Luminance(亮度，Y)值由以下關系式表示的性質Composite-Y＝Chroma從而，給定亮度(Y)和復合值即可容易地推導得對應的色度值。本發(fā)明考慮到比起亮度值來色度變化非常緩慢，因而可以由2亮度值(被表明為內方框)推導得對整個12象素群(被加框的象素)的亮度和色度。這由從同一象素的數(shù)據(jù)取樣減除亮度值以得到該象素的色度值來完成。這一色度值被認為對所有被劃出的6個象素是不變的(每一行分開完成)而能被由另外5個復合值中減除來得到各自的亮度值。圖6中的內方框表明提供計算被調制的副載波或彩色脈沖群的角度所需的色度信息的象素。
然后驅動器214調節(jié)所得信號的亮度、對比度、灰度系數(shù)并以亮度通過亮度調整表216a來減除由同步信號帶來的DC偏移(310)。亮度調整表216a中的值在每次用戶利用被驅動器214或某種其他用戶接口所顯示的“游標”選擇一組新的亮度、對比度和灰度設定值是產(chǎn)生。
由于PREVIEW模式中采用的一時鐘象素位移下一步就是按一時鐘周期，即半個PREVIEW模式象素位移各奇數(shù)行中的象素(312)。這為最后步驟排列亮度數(shù)據(jù)。由步驟(312)得的復合色度信息然后被分開成為獨立的U和V色差值(314)。驅動器利用以下步驟對各視頻行進行這一操作1)、尋求存放在彩色脈沖群數(shù)據(jù)216c中行的角度和幅值(在步驟1中計算的)；2)、利用幅值調整色飽和水平；3)、給定角度和幅值由彩色脈沖群數(shù)據(jù)所得的數(shù)據(jù)，利用查找表216m來生成4個常數(shù)(K1至K4)；4)、以由圖6內框中的象素(Sample 1和Sample 2)得的色度值乘此常數(shù)(K1至K4)來獲取如下圖6的外框的U和V色差值U＝K1×Sample1+K2×Sample2，V＝K3×Sample1+K4×Sample2；5)、將U和V值寫入獨立的緩存器216h，216i。完成這一步(314)時Y、U和V緩存器216a、216h和216i即被聚集有隨后被定標為(最好是)320行的數(shù)據(jù)(步驟316)。
相鄰行對的彩色數(shù)據(jù)然后被加以平均來產(chǎn)生平均UV值，以便校正畸變(318)。而后如果需要的話可將UV和Y值利用公知的變換法變換到RBG數(shù)據(jù)(320)。
參看圖7A，表明譯碼機214為高分辯率(HIGHRES)、即5bit模式所進行的步驟的流程圖400。最初二步驟402、404與對PREVIEW模式的相同。在步驟404中獲取時標數(shù)據(jù)之后，被驅動器214所取步驟決定于復合信號111的來源。如果源為VCR放/錄機(406-tape)驅動器214即進行與TAPE(磁帶)模式相關的譯碼步驟。在TAPE模式中由于磁帶驅動機構的位置上的不精確性而不能得到最高品質的靜片圖象。為此原因，本發(fā)明對TAPE模式采用與用于PREVIEW模式的參照圖5所說明的同樣組步驟。
如果此來源是NTSC源(406-NTSC)，例如電視發(fā)射器，驟動器214進行與NTSC模式相關的步驟，提供以本發(fā)明所可行的最高的品質。在NTSC模式處理中的第一步驟中驅動器214計算輸入NTSC信號111源與本發(fā)明的晶體178之間的晶體誤差(408)。此值被用來生成對各行的盡可能準確的彩色脈沖群角度216c的表。驅動器214然后利用已為3bit(PREVIEW)模式(410)說明過的同樣方法解壓縮經(jīng)壓縮的復合數(shù)據(jù)源181(410)。在此優(yōu)選實施例中每次進行46信息塊的解壓縮，這里每一信息塊代表每象素5bit視頻信息時的相當于16象素的數(shù)據(jù)。
對4個最近場(亦即與二個在計算機200用戶給出-Capture(俘獲)命令之后立即可行的幀相關的場)的解壓縮復合視頻數(shù)據(jù)然后被存貯進4個緩存器216d(412)。然后驅動器214利用取自彩色脈沖群和時標(計數(shù)器)表216b、216c的信息位移此場中的數(shù)據(jù)以使得全部數(shù)據(jù)能被加以排列(414)(亦即使得不同場中的對應象素被存儲在相同的相對緩存器位置)。這種值中的位移說明定時差異。
驅動器214然后根據(jù)4場解壓縮復合數(shù)據(jù)間的差別生成運動映象(416)。這是一多道過程，其中首先檢取場之一作為基準(典型地為二中間場之一)而后確定其他場是否整個或部分地呈現(xiàn)相對此基準的運動。在任一存在著運動的區(qū)域內驅動器214僅利用來自基準場的該區(qū)域內的數(shù)據(jù)來生成YUV值。在任何不存在運動的區(qū)域內驅動器214來自所有4場的信息作為源數(shù)據(jù)來生成被俘獲的靜片圖象，它導致最好品質的圖象?，F(xiàn)在更詳細地說明本發(fā)明的運動檢測過程的步驟。應指出的是，雖然這些步驟是被一齊說明的，但最后的步驟實際上是與其他步驟分開地進行的?，F(xiàn)在參照圖7B說明運動檢測過程。
作為第一步(418a)，驅動器214以相對于基準場所測量的運動識別所有的象素(標記以“X”)，在此運動被定義作為對應象素的復合值中超過一個或多個閥值的任何差分。運動映象216j的各部表項中的第一標志在對應象素具有很強運動時被設定，而如果象素僅具有中等運動則設定第二標志。在第一次通過運動映象216j時帶有運動的行中的5或更多鄰接象素的組群被加以標記供進一步運動處理用(418b)。在第二次通過時(418c)被加標記的組群被作垂直和水平掃描以定義該區(qū)域中包圍所有運動的一矩形區(qū)(被表示為點線框)。此矩形區(qū)然后被作垂直和水平掃描(418d)來消除那些太細以致它們多半不會歸因于局部化數(shù)據(jù)異常的區(qū)域。一經(jīng)完成第三次通過(418d)后所得運動映象即被掃描來確定在各不同區(qū)域中采用哪一源用于輸出(418e)。例如說如圖7B中所示，對帶有運動的區(qū)域僅由基準場產(chǎn)生輸出，對于其余的圖象則由此4場產(chǎn)生輸出。
對帶有運動的區(qū)域(419-YES)，采用上述的FIR濾波器方法時3-bit模式作彩色譯碼(420)。
對很小或沒有運動的區(qū)域(419-NO)以在對應幀中減除各自的復合值來產(chǎn)生彩色(424)。這是一簡單過程，此時采用PLL來同步到正弦波載波，但本發(fā)明不采用PLL電路。本發(fā)明采用的替代方法在軟件中處理此復合值，可以達到與昂貴得多的基于PLL的解決方案同樣的結果。這一過程涉及由二相鄰幀減除此數(shù)據(jù)來得到色度值，和加以此數(shù)據(jù)來得到亮度值。如果這些幀被完滿地排列(它的之間無運動)理論上說幀之間180°的相位差將使得易于計算亮度(Y)和色度(C)值。但因為視頻信號源與譯碼器間的晶體頻率差和相移，彩色譯碼過程涉及到首先校正一個或另一個幀中的所存的值以便使幀之間有180°的差分。
在此優(yōu)選實施例中利用一幀緩存器216n來保持當被加到幀之一時將完成該正的對準排列的正確值。生成這一補償緩存器216n中的第一步是減除此二幀和存儲結果。
下一步驟是由這一差分數(shù)據(jù)216n去除在亮度有變化時發(fā)生的偏移。為此對各象素n如下式計算一新的補償值SnSn＝Vn-(Vn-1+Vn+1)式中Vn如目標象素的復合值，Vn-1及Vn+1分別為目標象素的左、右鄰接象素的復合值。
此排列操作(422)中的其余步驟如下3)利用一反正切表讀出各對象素(n，n+1)的角度和利用一正弦表讀出對同一象素數(shù)據(jù)的補償數(shù)據(jù)的峰-峰值。這提供一已知點的補償緩存器216n的角度和波形的振幅。這些角度和振幅值被以相連續(xù)字節(jié)存儲在緩存器216之一中(如中間結果緩存器216k)；4)按下式計算對目標象素的時間漂移校正因數(shù)correction＝vmax×(sin(point+f_f/z)-sin(point-f-f/z))，式中vmax為由步驟2)得的峰-峰值，point為由步驟2)得的角度，和f-f/2為被除以2的幀-幀晶體誤差；和
5)現(xiàn)在將此校正值(correction)加到已被定義作為其取樣處于要求最小校正的位置的幀的基幀的幀，或由此幀減除。
作為步驟(422)的結果，此4場的相位角被對準排列。
然后計算相鄰幀之間的差分來求取色度信息。例如，幀1、場1的象素1被由幀2、場1的象素1減去。各別的場亦被相加來求取亮度(應記得相鄰幀之間色度相位相差180°)。U和V信息如參照圖5的步驟(314)所述那樣由色度信息推導而得，而游標調整(對亮度、灰度系數(shù)和對比度)和同步偏移減除則如參照圖5的步驟(310)所述那樣利用亮度來進行。
本發(fā)明的技術也可作倒轉應用。即，替代僅僅用于數(shù)字化、編碼、儲存而后譯碼和俘獲模擬復合視頻信息流，本發(fā)明也可被用來將YUV或RGB格式中的數(shù)字化視頻信息流編碼到能-NTSC-或PAL-兼容裝量，例如電視機上顯示的復合模擬信號?，F(xiàn)在參照圖8說明為進行此逆操作的系統(tǒng)和方法。
參照圖8，表明可利用上述系統(tǒng)的硬件和軟件作細小顯示的修正來進行的數(shù)字視頻信號到模擬復合視頻信號(如NTSC)的編碼操作的高級流程圖。對系統(tǒng)的輸入可以是RGB位映象502或者任一其他數(shù)字視頻信號源。系統(tǒng)應用通常的轉換技術將RGB數(shù)據(jù)變換到數(shù)字YUV數(shù)據(jù)(504)而后由YUV數(shù)據(jù)生成數(shù)字色度和亮度信號(506)。此系統(tǒng)產(chǎn)生適當?shù)纳拭}沖群信號而后生成緩存器216在其中加入每一個組成部分，包括各行的色度和彩色脈沖群數(shù)據(jù)以及行與場間的同步數(shù)據(jù)。步驟(502至510)中的每一個均由在計算機200(圖4)中執(zhí)行的數(shù)字視頻信號-NTSC編碼軟件213進行。一旦完成這些操作后，此編碼軟件213即將緩存器216傳送到存貯器160(圖1)供ASIC140作進一步處理(512)。
在逆向模式操作中，應用參照了所描述的硬件部件，此ASIC140每次生成數(shù)字復合取樣8bit的信息流(514)，它由D/A變換器(圖1中未表示)轉換到模擬復合視頻信號(516)。采用作NTSC-RGB譯碼操作，所描述的RGB-NTSC操作的優(yōu)點就在于能實現(xiàn)高品質和帶寬而無需采用昂貴的電路。
盡管本發(fā)明是參照數(shù)個特定的實施例加以描述的，但此敘述是說明性的而不應被解釋作對本發(fā)明的限制。對熟悉本技術領域的人士來說，將可作各種不同修改而不背離如由附列權利要求所定義的精神實質和范疇。
權利要求
1.一種用于其中圖象被表述為一系列幀的模擬復合視頻信息的視頻信息壓縮、解壓縮、和俘獲系統(tǒng)、其特征在于包括硬件編碼系統(tǒng)，被組構來將摸擬復合視頻信息變換成一系列Nbit的壓縮數(shù)字復合取樣值；存貯器，耦合到硬件編碼系統(tǒng)被組構來存儲至少一場被壓縮數(shù)字復合取樣值；以及軟件譯碼器，被組構來接收、解壓縮、和譯碼被壓縮數(shù)字復合取樣值成為能由其再生圖象的對應數(shù)字視頻信號，此軟件被組構來進行一高分辨譯碼操作，在此來自4場的信息被同時用來生成此數(shù)字視頻信號而無需鎖相環(huán)電路。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種用于壓縮和解壓縮復合視頻信號的系統(tǒng)和方法。在一種操作型式中,復合視頻信號(例如NTSC信號)被加以采樣,并取決于系統(tǒng)模式類型(PREVIEW或HIGHRES)取樣值被壓縮成3或5bit的復合值。對于HIGHRES模式,此壓縮復合值被為至少與二最近幀相關的4場寫進一RAM(160)。在需要時,壓縮值被傳送到軟件(220)中實現(xiàn)的譯碼機(200)。此譯碼機無需任何鎖相環(huán)電路解壓縮此數(shù)據(jù)并將被解壓縮的數(shù)字復合值譯碼成YUV和/或RGB值。本發(fā)明還揭示了為將數(shù)字視頻信號變換到復合視頻信號的系統(tǒng)和方法。
文檔編號H04N7/26GK1273003SQ98808699
公開日2000年11月8日 申請日期1998年8月25日 優(yōu)先權日1997年8月29日
發(fā)明者皮特·A·湯姆森 申請人:羅技公司