專利名稱：傳送在視頻信號的可視部分上的數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及視頻信號上的數(shù)據(jù)傳送，尤其涉及模擬視頻信號的可視部分上的數(shù)據(jù)傳送。
背景技術(shù)：
過去，嘗試了一些方法，試圖將數(shù)據(jù)疊加到視頻信號上。最普通的方法是在垂直消隱期間(比如在產(chǎn)生閉路字幕信號(closed captioningsignal)時)插入數(shù)據(jù)。另一種方法是將數(shù)據(jù)置于視頻信號的可視部分上。后一種方法的一個優(yōu)點在于，它可以用光學方法和用電學方法檢測數(shù)據(jù)。
Broughton等人申請的專利號4,807,031中公開了光學檢測方式的一個例子。該專利中所公開的基本技術(shù)是，通過提高和降低某一指定視區(qū)內(nèi)連續(xù)水平行的亮度來表示數(shù)據(jù)。由于相鄰兩行的平均亮度保持相同，因此，眼睛覺察不到這種影響，但通過合適的接收機來感測亮度的交替提高和降低，使得可以檢測到該數(shù)據(jù)。如Broughton等人的專利中所述，這種技術(shù)等同于在視頻信號上疊加7.867kHz的副載波頻率，這種副載波頻率可通過適當?shù)臑V波來檢測。Broughton等人還給出了如何判斷哪些區(qū)域可以讓數(shù)據(jù)疊加。例如，太白或太黑的段都不適合插入數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的總目的在于，通過以相反的方向改變成對的行的亮度，將數(shù)據(jù)插入到視頻信號的可視部分上，要做到這一點，應考慮采用比現(xiàn)有技術(shù)所能達到的高得多的數(shù)據(jù)速率和精確得多的數(shù)據(jù)檢測方法。
本文中，術(shù)語“視頻信號”適用于視頻傳輸中常用的標準NTSC、PAL或SECAM信號的任一表示方式，包括模擬形式，直接數(shù)字化數(shù)值表示方式，基于CCIR 601/656標準的數(shù)字表示方式，計算機表示方式(如RGB或YUV)，或其他簡單地由標準視頻的直接數(shù)字化表示方式數(shù)值變換得到的數(shù)字表示方式。(只要能確定信號是如何被數(shù)字化的以及數(shù)字化后信息沒有丟失，就可以根據(jù)任一數(shù)字化方式進行編碼和解碼。)發(fā)明內(nèi)容數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)比特組(稱為碼元)的形式進行傳輸。每個碼元都使預定數(shù)目個較長的預定“碼片”序列(稱為PN序列)之一與其關(guān)聯(lián)。為任一碼元所發(fā)送的PN序列被劃分為多個碼片行。每一碼片行都與其反相行一起成對地被發(fā)送，發(fā)送時分別將它們插入到視頻信號的各對行掃描中。例如，每個代表4個數(shù)據(jù)比特的碼元都可以使16個各有80個碼片的PN序列之一與其關(guān)聯(lián)。任一要疊加在視頻信號上的這種PN序列被劃分成4行，每行20個碼片。每一碼片行都以其常規(guī)形式和以其相反形式被發(fā)送，這樣，共有8行(每行均有20個碼片)，以便可以在視頻信號的各自的行掃描中分別加上或減去這些行。
對接收到的成對的行掃描進行處理，就可以提取出它們所表示的20個碼片。這可以這樣來完成將這兩個行掃描相減，以便最大限度地減小視頻的影響，并在每一碼片期間將差信號積分。由于在一個行掃描中加上原始PN序列中的每一碼片，而在另一個行掃描中減去該碼片，因此，當將這兩個行掃描相減時，不僅可以使視頻影響最小，而且還可以將碼片幅度加倍。在以這種方式對所有80個碼片對進行處理得到80個“積分碼片值”后，將接收到的代碼與16個可能的PN序列中的每一個進行相關(guān)，以達到最佳匹配。所發(fā)送的碼元被認為是其PN序列與接收到的代碼具有最強相關(guān)的那個碼元。


根據(jù)結(jié)合附圖所作的詳述，可以看到本發(fā)明進一步的目的、特征和優(yōu)點，其中
圖1描述了與各個碼元關(guān)聯(lián)的典型PN序列被疊加到視頻信號的行掃描中的方式；圖2描述了在每一視頻場中何處發(fā)送數(shù)據(jù)；圖3描述了在視頻信號廣播點的示例編碼器；圖4A和4B包括了表示編碼過程的流程圖；圖5描述了電視接收機中的示例解碼器；圖6A和6B包括了表示接收機中的處理過程的流程圖；圖7說明了如何得到每個“積分碼片值”；圖8說明了本發(fā)明的相關(guān)過程；圖9A說明了行與行之間視頻偏移量的影響，而圖9B說明了這種偏移量為何會導致解碼錯誤；圖10規(guī)定了排除行與行之間偏移量引入的差錯所采用的規(guī)則，并提供了一個采用這些規(guī)則典型例子；和圖11說明了一些優(yōu)選的參數(shù)值。
具體實施例方式
本文中，PN(偽噪聲)碼是一連串1和0，其中，1和0出現(xiàn)的概率均為50％，并且任一比特的值都與前一比特的值無關(guān)。偽噪聲發(fā)生器(其中許多在技術(shù)上都是已知的)提供一種類似于擲硬幣所得到的正/反面序列那樣的序列，但是，任何一種模式都是可重復的，只不過要在同樣的狀態(tài)下起動發(fā)生器。本文中，PN序列是所有可能的PN碼中的特定的一連串1和0。
本發(fā)明的通信方法是為PN序列中的每個0或1都產(chǎn)生一個“碼片”。碼片只是相當于在視頻信號中加上或減去的一個DC電平，而且其持續(xù)期間相當于PN序列中的一個1或一個0。碼片被定義為可能的轉(zhuǎn)變點之間的時長。
圖1描述了一個16碼片的PN序列，代表一個要被編碼的4比特碼元。直接在視頻信號上通過簡單地產(chǎn)生4個碼片及其反相來對數(shù)據(jù)比特進行編碼并不好。也難以無差錯地對輸入視頻信號進行解碼并提取出碼片值。即使在一組比特中加進標準糾錯碼一般也不能無差錯解碼。為此，采用一種統(tǒng)計方法。不是以4個碼片(加上其反相共8個)的方式來發(fā)送4比特信息，而是發(fā)送更多的碼片。使不同的16碼片的PN序列與每個4比特碼元關(guān)聯(lián)。在接收機中，將接收到的PN碼和與16個碼元關(guān)聯(lián)的16個PN序列相比較，于是，這16個PN序列中的與所檢測代碼最強相關(guān)的那個PN序列被認為是所發(fā)送的序列，據(jù)此可以確定原始4比特碼元。
圖1描述了在視頻信號中用碼片來表示4比特碼元0101的方式。有一個16碼片的PN序列，它與該4比特碼元單獨關(guān)聯(lián)。該16碼片序列被劃分成4個子組。每個子組在兩個成對的行中被發(fā)送兩次(盡管這些行和子組不必是連續(xù)的)，其中第二行是第一行的反相。因此，圖1中所示的具體的PN序列的前4個碼片是1011。用于對PN序列進行編碼的視頻的第1行表示這4個碼片，其中，1用加在視頻信號上的一個小正電壓來表示，而0用加在視頻信號上的一個小負電壓來表示。(為簡明起見，在整個圖1中，視頻信號被示為固定灰色電平，即幅度恒定。)第二行是第一行的反相，其中值為1的碼片變成加在視頻信號上的一個小負電壓，而值為0的碼片變成加在視頻信號上的一個小正電壓。所考慮的PN序列中的后續(xù)4個碼片0100以相同的方式如第3行和第4行中所示。因此，需要8行來表示16個碼片，它們依次與4比特碼元(所要發(fā)送的最終信息)關(guān)聯(lián)。
在整個描述中，假定，每個4比特碼元使16個單獨的16碼片的PN序列之一與其關(guān)聯(lián)。在實際實施中，最好選用每行20個碼片。這樣，要使用80碼片的PN序列，就用8行得到80個碼片及其反相來表示4個比特。這樣，在檢測中可以提供精確得多的精度。只是，為簡明起見，在整個描述中以每行4碼片為例。本發(fā)明的原理很容易擴展到任意長度的PN序列，以及擴展到表示任意多個數(shù)據(jù)比特的碼元。
使用每行多個碼片(尤其在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中使用每行20個碼片)得到一個擴展到寬頻率范圍的信號頻譜。這一結(jié)果是一種擴頻通信方式。這種通信技術(shù)最初發(fā)明用于軍事。其思想是，將所發(fā)送信號的頻譜擴展到寬頻率范圍，使得，任意窄范圍都只含有少量信號能量。這樣，就可以使信號躲過監(jiān)測小頻率范圍的掃描器的偵察，同時，還可使信號合理地免受單頻干擾機的干擾。鑒于任一頻率上的低能量，因此，當數(shù)據(jù)信號和視頻一同在TV監(jiān)視器上顯示時，該數(shù)據(jù)信號很少顯現(xiàn)，這正是本發(fā)明中采用這種技術(shù)的優(yōu)勢所在。
圖2示出了碼片在視頻信號場中的布局。第1-21行構(gòu)成垂直消隱區(qū)間和置于這些行上的任意VBI信息(比如，閉路字幕)，在技術(shù)上這是已知的。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，發(fā)送碼片的一種同步模式。一旦檢測到同步模式，任何接收機中的解碼器就可以同步操作，因為，已知道碼片行在何處跟在該同步模式之后。同步模式本身可以是16個PN序列之一，或者它也可以是一個不同的序列。即使它是與可被發(fā)送的16個碼元關(guān)聯(lián)的16個序列之一，每個接收機也都知道一整場中檢測到的第一個PN序列是同步模式，而不是與碼元關(guān)聯(lián)的碼片序列。檢測同步模式可以采用與檢測其他碼片序列一樣的方式，這將在后面描述。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，同步模式開始于第25行。然而，在接收信號中，它可能提前到第23行或推遲到第27行開始。其原因是，由于去掉了同步脈沖后再重新插入水平和垂直同步脈沖，從而編碼器后視頻信號的處理可能使首行上移或下移一、兩行。因此，解碼器必須稍早一點開始尋找同步PN序列并繼續(xù)往后尋找一會兒。同步模式包括8行。同步模式在第25-32行被編碼。在同步模式開始時，接收機查看到的首行是第23行，而末行是第34行。
數(shù)據(jù)緊跟在同步模式后面。8個碼片行用于所發(fā)送的各個碼元。因此，如果數(shù)據(jù)開始于第35行，則可被使用的最后一行是第258行。因此，有224個碼片行，共有28組，每組8行。每8行碼片表示4比特(本發(fā)明的舉例實施方式中，每個碼元表示4比特)，因此，每場表示(28)*(4)個數(shù)據(jù)比特。當場頻為每秒60場時，數(shù)據(jù)速率為每秒7200比特。
應當注意，可以采用標準糾錯技術(shù)，這樣可降低比特率。不過，糾錯本身并不屬于本發(fā)明的內(nèi)容。此外，還希望能通過標準的數(shù)據(jù)壓縮方式來提高數(shù)據(jù)速率?？傊?，估計在一般應用情況下比特率將略小于每秒7200比特。
在繼續(xù)描述編碼硬件和編碼過程之前，最好先弄清楚圖7的解碼過程，這是因為，解碼步驟實際上也發(fā)生在編碼過程中。圖7中的前兩幅圖描述了碼片模式為1001的兩個連續(xù)的視頻行。在第1行中，對于值為1的每個碼片加上一個小電壓，而對于值為0的每個碼片減去一個小電壓。對于成對的第2行，加減操作相反。
圖7中的第三幅圖表明了每行中各碼片期間的積分結(jié)果。實線表示第2行中各碼片期間的積分，類似地，虛線表示第1行中碼片的積分。小圓點表示的值是第1行中各碼片上的最終積分結(jié)果，從而反映出視頻信號本身的積分和疊加碼片值。記號×表示的各個值是第2行中各碼片上的積分值圖7中的最后一幅圖表示本文中所述的“積分碼片值”。積分碼片值只不過是第1行中碼片上的積分與第2行中相應碼片上的積分的差值。圖7中，第1行中第一碼片的積分大于第2行中相應的反相第一碼片的積分，因此，這對碼片的積分碼片值是正的，在最下面的圖中用1表示。而第2行中第二碼片的積分大于第1行中第二碼片的積分，因此，積分碼片值是負的，在最下面的圖中用0表示。有關(guān)第三和第四積分碼片值的討論與此類似。
盡管前兩幅圖中所示的視頻信號在所有碼片上都是不變的，實際上，視頻信號是不斷變化的。因此，在這些碼片上作出的積分是多值的，這就是積分碼片值。必須懂得，積分碼片值可能不能實際反映出哪些碼片是正的，哪些碼片是負的(或者，更準確地說，哪些碼片在一行中以正值發(fā)送在下一行中以負值發(fā)送，哪些碼片先以負值發(fā)送再以正值發(fā)送)。如果行與行之間視頻信號變化很大，那么，得到的積分碼片值將受視頻控制，而不受極性相反的碼片中先被發(fā)送的碼片控制。
相關(guān)過程如圖8中所示。實際上，將16個PN碼片序列中的每一個都與16個表示所發(fā)送的PN碼的積分碼片值相關(guān)。無論哪個只要具有最大相關(guān)值就是“勝利者”，因此接收到的PN碼被認為可以表示所關(guān)聯(lián)的4比特碼元。
圖8中的第一假定是，積分器增益和碼片持續(xù)期間是這樣設置每個積分碼片值為+0.1或-0.1伏。實用中，積分碼片值是多值的，而圖8中的例子相應于圖7中的簡單化的雙值例子。在整個描述所用的例子中，相關(guān)過程涉及一些16碼片序列(相應于4個行對子，每對有4個積分碼片值)。還假定，只針對兩種可能性1001(正確模式)和1110來檢驗圖7中的積分碼片值1，0，0和1。
相關(guān)過程如下所述。針對接收到的PN碼計算出的積分碼片值與所有可能的PN序列進行相關(guān)?？梢詾槊恳豢赡艿腜N序列都提供一個累加器(對于圖7和8中的例子，只需要兩個這樣的累加器)。每一積分碼片值可根據(jù)每一可能的PN序列的相應位置上的碼片的值來處理。對于PN序列的任何為1的碼片，將所計算出的與該位置相應的積分碼片值加到該PN序列的相關(guān)累加器中。如果碼片為0，那么從相關(guān)累加器中減去積分碼片值。如圖8中所示，對于PN序列1001，依次有+、-、-、+運算。由于從圖7中可以看到，第一和第四積分碼片值是正的，而第二和第三積分碼片值是負的，減去負量值得到正結(jié)果，因此，所有四個積分碼片值(絕對值均為0.1伏)將使相關(guān)累加器中的值遞增，總數(shù)為0.4。(通常，圖8中的相關(guān)累加器值的每一增加或減小量都是0.1伏，這是因為，在這一簡單化的例子中，所示的所有積分碼片值都有相同的絕對值。實用中，積分碼片值是多值的。)另一方面，對于PN序列1110，有+、+、+、-運算。后三個運算(加上圖7中第二和第三個負積分碼片值，以及減去圖7中第四個正積分碼片值)使得在將第一積分碼片值加到累加器中后所得到的原來+0.1的累加器值依次被減了三次，最終結(jié)果為-0.2。因此，前一PN序列1001具有最大相關(guān)值，從而可以認為接收到的PN碼是PN序列1001。
在本主題發(fā)明中，象上述專利號4,807,031中那樣，可以采用極性相反的電壓對成對的連續(xù)行進行編碼。如圖7中所示，基本思想是，將這兩行相減，所剩下的全是數(shù)據(jù)信號(假定，將這兩個行掃描相減可以消除視頻)。當然，連續(xù)行掃描通常是不完全相同的，這正是積分碼片值的值經(jīng)常不能準確地反映碼片極性的原因。正是圖8中所示的這種統(tǒng)計技術(shù)，使得可以相當精確地識別被編碼的原始碼元。本主題發(fā)明與上述專利號4,807,031中的情況的主要區(qū)別在于，不是利用每場的單個結(jié)果或針對至少一組行掃描的單個結(jié)果，而是利用高得多的數(shù)據(jù)速率，因為在本發(fā)明中要對各個碼片進行處理。(事實上，甚至同一行中的各碼片幅度也未必要求相同，這將在后面描述。)此外，涉及相關(guān)技術(shù)的解碼過程也完全不同于現(xiàn)有技術(shù)中所用的解碼過程。
由于每個數(shù)據(jù)碼元有4個比特，因此，可認為需要16個PN序列來表示這4個比特。事實上，到目前為止本發(fā)明所描述的正是這種情形。如果每個碼元有不同的PN序列，那么，必須計算出16個相關(guān)，才能得到每個計算的積分碼片值序列。然而，需要有一種將計算量減半的方法，這可以按如下本發(fā)明的舉例實施方式實現(xiàn)。
只用8個PN序列來表示16個碼元。本發(fā)明中，每一碼片值的行伴隨有一個具有反相碼片值的行。這一技術(shù)是本發(fā)明的核心，因為，有了碼片的互補行，就有望抵消積分碼片值中的視頻信號。由于每一碼片都以其常規(guī)形式和反相形式被發(fā)送，顯然，首先發(fā)送反相形式實際上表示有某些不同之處。事實上，圖7中，如果先發(fā)送第二行的話，那么兩行中的每一積分碼片值都可能具有符號相反的量值。(不過，未必一定如此，因為兩行中的視頻可能完全不同。)這意味著，雖然只需8個PN序列來表示16個碼元，但是每個PN序列可能表示兩個碼元之一，這取決于是對常規(guī)形式還是對反相形式編碼。在相關(guān)過程中，“勝利者”是16個碼元中其相應的PN序列(考慮到是先發(fā)送常規(guī)形式還是先發(fā)送反相形式)具有最大絕對量值的相關(guān)值的一個碼元。在這種情況下，-2000是戰(zhàn)勝+150的“勝利者”。這樣，對于每一接收的PN碼，只需計算8個相關(guān)，而不是16個相關(guān)。
圖3中示出了編碼硬件。輸入視頻被輸入到10比特模-數(shù)轉(zhuǎn)換器10，而轉(zhuǎn)換器的輸出被輸入到數(shù)字積分器12和一整場延時存儲器14。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，所有處理都在數(shù)字域中進行(盡管未必如此)。線路8上的水平同步信號使數(shù)字積分器與每一行掃描同步，以便于提取碼片值。
積分器處理接收到的視頻信號并將積分碼片值輸入到數(shù)字信號處理器16的輸入端。由于水平同步脈沖通過線路8被輸入到數(shù)字積分器，而數(shù)字積分器與數(shù)字信號處理器之間通過線路18來傳送控制信息，因此，數(shù)字信號處理器可以開始尋找第23行中的同步模式。檢測同步模式的方法將在后面描述。(盡管未示出，但對熟練技術(shù)人員而言，顯然，垂直同步脈沖也可以很方便地用來使數(shù)字積分器同步。)假定，實際上輸入視頻信號上可能已經(jīng)疊加了數(shù)據(jù)。編碼器可被要求增加原始數(shù)據(jù)。例如，廣播可以包括與國內(nèi)連鎖商店的比薩廣告有關(guān)的數(shù)據(jù)。在單獨的TV臺，可能有必要將“本地”數(shù)據(jù)(比如，涉及用戶怎樣才能訂購本地交付的比薩的數(shù)據(jù))加到視頻信號中。這正是編碼器實際上必須檢測可能出現(xiàn)在輸入視頻信號中的數(shù)據(jù)的原因。所要完成的是要有效地從視頻信號中取出這一數(shù)據(jù)，以便將該數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)組合，然后再在“干凈的”視頻信號上將這一復合數(shù)據(jù)全部編碼，這將在后面結(jié)合描述處理過程的流程圖來描述。事實上，輸入視頻信號中的碼片成分實際上并不先從視頻中去除。而是，先由數(shù)字信號處理器來存儲這些成分(這由積分碼片值來確定)，當有新數(shù)據(jù)加到視頻信號中時再從視頻信號中減去這些成分，然后再廣播視頻信號。
輸出的碼片幅度通過線路20被輸入到數(shù)字加法器22。數(shù)字信號處理器確定整個場所要求的碼片值。由于延時14引入了等于整個場的延時，因此，當該場進入到數(shù)字加法器時，數(shù)字信號處理器可以在場起點將新的碼片幅度輸入到該場。
正如以上關(guān)于解碼過程所述，將成對碼片中一個碼片上的積分減去另一個碼片上的積分得到積分碼片值結(jié)果(理想情況下該結(jié)果不受視頻信號本身的影響)，并可表示碼片的幅度(或者，更準確地說，減去負值，結(jié)果得到碼片對中每個碼片的幅度的兩倍)。利用這種積分碼片值，可以從輸入視頻中減掉原始碼片(假定視頻減法過程是理想的，并且根據(jù)半積分碼片值得出碼片幅度)，與此同時，加進新的碼片。編碼器(如后面所述)根據(jù)視頻信號的性質(zhì)將使用不同幅度的碼片。知道原來的積分碼片值的好處在于，可以認為，這些積分碼片值被準確地確定，以供首先將這些值加到視頻信號上的編碼器正在處理的視頻場所使用，并且，最初就可為現(xiàn)在所要編碼的視頻信號中的相同碼片位置選擇同樣的幅度。
輸出數(shù)字場數(shù)據(jù)輸入到10比特數(shù)-模轉(zhuǎn)換器26的輸入端，它產(chǎn)生一個模擬輸出視頻。作為數(shù)據(jù)是否已被正確加到視頻信號上的最終檢驗，由數(shù)字積分器28來處理(數(shù)字加法器22輸出端的)輸出視頻信號，該數(shù)字輸出是通過線路30被輸入到該積分器的。模擬輸出中的水平同步脈沖通過線路32被輸入到數(shù)字積分器的輸入端?？刂凭€路34使數(shù)字信號處理器16可以控制數(shù)字積分器28，其控制方法與數(shù)字信號處理器控制數(shù)字積分器12的方法一樣。數(shù)字積分器28得出積分碼片值，并輸入到數(shù)字信號處理器的輸入端。它們被稱為輸出積分碼片，而不是輸入積分碼片，這是因為，與原來輸入中的碼片相比，它們表示輸出視頻信號中的碼片。數(shù)字信號處理器實際上將輸出積分碼片所表示的數(shù)據(jù)解碼，并檢驗該數(shù)據(jù)是否已完全加到視頻信號中。(雖然在后面將要描述的流程圖中并未示出這一最終檢驗，但解碼過程與任何接收機中所完成的解碼過程相同，如后面所述。)數(shù)字信號處理器16在微處理器38的主控下工作，微處理器還與存儲器40和串行輸入/輸出線42通信。微處理器的工作細節(jié)對理解本發(fā)明而言并不重要。微處理器確定文本是否要加到視頻信號中，這基于輸入視頻信號(若有的話)中已有的文本以及數(shù)字信號處理器16與微處理器38之間的雙向通信。
如果數(shù)據(jù)在視頻信號上編碼錯誤，則要在最終檢驗中通過對輸出積分碼片的處理來查明。不及時的話將什么也不能返回——因為視頻已被發(fā)送。所做的這一切都是為了利用這樣一則消息對隨后的場進行編碼，在這則消息中，有效地通知每個接收機前一整場中的數(shù)據(jù)應被忽略。然后，在當前場中將該數(shù)據(jù)重新編碼。
還有許多其他情形，可以很好地將文本或數(shù)據(jù)加到已在輸入視頻上的文本或數(shù)據(jù)中。例如，本地麥當勞總經(jīng)銷商可以將“Coke”加到麥當勞正在提供的“Big Mac”中，或者，可以對優(yōu)待券進行檢驗。所有這些由微處理器在較高層中完成，而與本發(fā)明無關(guān)。本發(fā)明涉及如何將數(shù)據(jù)編碼和解碼，而與數(shù)據(jù)表示的內(nèi)容無關(guān)。類似的討論還適用于例如糾錯協(xié)議，這種協(xié)議可以很好地使用，但并不屬于本發(fā)明的內(nèi)容。
圖4A和4B包括編碼過程的流程圖。開始于最初可視水平行之一中的同步模式被加到視頻中，其方法類似于如何加其他碼片模式的方法，如后面所詳述。為了便于畫圖，流程圖中并未示出同步模式的插入。該模式包括一個特殊的PN序列，它共有8行，如前面所述。
在步驟11中，將下一個輸入視頻場解碼。該解碼過程與后面所述的關(guān)于在接收機中進行的解碼過程相同。如上所述，只要信號上有數(shù)據(jù)，輸入視頻信號就必須被解碼。如果有數(shù)據(jù)，那么重寫整個場的數(shù)據(jù)，這是因為，在加數(shù)據(jù)時，可能必須重構(gòu)整個場，而不只是將碼片加到與原先“填充”在該場中的數(shù)據(jù)相應的位置，也不只是將數(shù)據(jù)加到?jīng)]有數(shù)據(jù)的位置。如圖7中所示那樣，計算出積分碼片值，然后，在步驟25中，信號處理器存儲這些值。在步驟13中，檢驗在輸入視頻上是否有數(shù)據(jù)。如果有，那么，在步驟15中，將數(shù)據(jù)解壓縮(如果數(shù)據(jù)原先已被壓縮的話)，再進行糾錯(如果原先的數(shù)據(jù)是通過糾錯發(fā)送的話)。如上所述，糾錯和壓縮是在較高層中進行的，而不是在本發(fā)明的方法中所涉及的步驟中進行的，因此并不屬于本發(fā)明本身的內(nèi)容。
在步驟17中，檢驗視頻信號中是否有新數(shù)據(jù)可用的空間(即，是否存在無碼片的行，或者是否有只表示沒有意義的“填充”模式的行)。如果沒有，則返回到步驟11，對下一個輸入視頻場進行處理。當前場只通過一整場延時存儲器14被發(fā)送而不會有變化。
而如果在步驟17中判定有新數(shù)據(jù)可用的空間，那么，將新數(shù)據(jù)加到原數(shù)據(jù)，可以將該數(shù)據(jù)壓縮，并可以加入糾錯碼。所有這些都是由微處理器38完成的。由于輸入到數(shù)字處理器16的積分碼片值表示原來的碼片幅度，因此，在步驟21中，可以確定每個8行組的原編碼電平。在步驟23中，針對8行中的表示碼元的各個碼片，形成一個表，指出視頻中所要加上或減去的幅度。
在步驟21中，確定表示4比特碼元的每個8行組中所有碼片的原編碼電平。各碼片可以有不同的幅度，但難以確定它們在原來編碼時的情況。最好的辦法是估算出一組碼片的原編碼電平，然后，用與特定碼元相應的所有這些碼片來估算出與該碼元相應的16個碼片的平均編碼電平。這就是為什么在步驟21中要為與每個碼元相應的8行組估算原編碼電平的原因。在這一過程中，并不使用所有的積分碼片值。在步驟11中，當?shù)谝淮螌⑤斎胍曨l場解碼時，太大的積分碼片值將忽略不用。(當詳細討論解碼過程時，可以清楚地看到這一點。)因此，在步驟21中，甚至并不是所有的積分碼片值都可用來估算原編碼電平。對于表示各碼元的所有碼片，碼片幅度表中有相同的值。該值只是一個估算值，這是因為，如果行與行之間的視頻變化很大，那么各個積分碼片值本身不可能精確地反映出碼片幅度之間的差別。不過，初始估算是原編碼電平。經(jīng)后面所述的修改，這一電平可用來去掉在被處理的8行中的所有原來的碼片。應當理解，碼片幅度表是根據(jù)步驟11中確定的碼元所建立的。有一些碼元，它們在解碼處理過程中具有最大的相關(guān)值，這樣，就可以知道該場中與每個碼元相應的16個碼片。在步驟23中，術(shù)語“反相模式”是指這樣的情況，所存儲的碼片幅度用于使視頻信號中的碼片反相，換言之，將它們消除。
如果在步驟13中判定輸入視頻上沒有數(shù)據(jù)，那么微處理器38為新場建立數(shù)據(jù)。這在步驟27中進行。由于輸入信號中沒有碼片，因此，什么也不用去除。于是，在步驟29中，最初在碼片幅度表中為所有碼片存儲的都是0。
當處理過程進至步驟31時，碼片幅度表包括的要么都是0，要么是“反相”值(這些值可以很好地從視頻信號中去除原來的碼片)。因此，在步驟31中，系統(tǒng)可以開始為新數(shù)據(jù)加入碼片幅度，就好象開始時沒有碼片。微處理器確定要編碼的數(shù)據(jù)，然后確定PN序列。數(shù)字信號處理器針對新數(shù)據(jù)將盡可能低的碼片幅度加到碼片幅度表中。任何積分碼片值都是碼片長度、積分器增益以及碼片幅度的函數(shù)。系統(tǒng)知道碼片長度和任何接收機的積分器增益，因此，可以認為在步驟31中使用每個新碼片的最低碼片幅度。
此時，碼片幅度表包括要加到視頻場中各位置上的碼片的值。每個值等于用來消除輸入視頻中原來的碼片的電壓估算和將增加新碼片的電壓的總和，這樣它就可以精確地被解碼?，F(xiàn)在可進行檢驗(完全在數(shù)字域內(nèi))，以查看在接收機中是否可以很好地將輸出視頻解碼。將步驟25中所存儲的每個積分碼片值加到碼片幅度表中任何碼片對所引入的積分碼片值成分中。步驟33中計算出的和值表示任何接收機中所要計算的積分碼片值。(實際上，由于碼片幅度表表示要加到視頻信號中的碼片幅度，因此輸入積分碼片值并不加到該表中，并且，在檢索過程中不應改變這些值?？捎靡粋€輔助表來進行檢驗。)在步驟35中，將模擬的視頻信號解碼。該信號是模擬的，因為還沒有得到實際模擬信號的抽樣。而是，利用步驟33中所得到的積分碼片值。在步驟35中，進行通常的解碼過程，該解碼過程將在后面詳述，但體現(xiàn)了圖7和8中所述的算法。在步驟37中，檢驗是否所有碼元都已被正確解碼。(不言而喻，許多碼片會得到與被發(fā)送的PN序列中的碼片不相符的積分碼片值。最希望的是，統(tǒng)計檢驗可得到該場的正確碼元“勝利者”。)檢驗是指檢查該場中所表示的所有碼元數(shù)據(jù)比特是否正確。如果所有碼元解碼錯誤，那么，在步驟39中，相關(guān)PN序列中的相應碼片使其碼片幅度表中的幅度提高一定的量(例如，最大峰峰值的20％)。(提高碼片幅度的類似技術(shù)盡管在上述Broughton等人的專利中并沒有描述，但實際上可利用Broughton等人發(fā)明的商用方法來實現(xiàn)。)如果任一碼片幅度超過了最大允許碼片幅度(如步驟41中所判定)，那么，在正被處理的場中不存儲數(shù)據(jù)，而是返回到步驟11。而如果所有碼片幅度都不超過最大值，那么，在步驟43更新碼片幅度表，然后，在模擬的編碼和后來的解碼過程中，將輸入積分視頻碼片值加到碼片幅度表中，以便重復上述過程。
最后，如果所有比特解碼正確，那么，隨著該場從一整場延時存儲器14發(fā)出，在加法器22中將這些碼片相加(需要的話)。然后，系統(tǒng)返回到步驟11，以便對下一個輸入視頻場進行解碼。
如果，在步驟41中判定不可能提高錯誤PN序列中的碼片的幅度，從而不超過最大值，那么，不是在場中不發(fā)送數(shù)據(jù)，而可能在模-數(shù)轉(zhuǎn)換器10的輸入端發(fā)送帶有數(shù)據(jù)的視頻。(轉(zhuǎn)換器可以是8比特的、10比特的、12比特的或其他任何合適比特值的。)盡管可能重構(gòu)數(shù)據(jù)的場不太可行，但仍可以使該場與其原始數(shù)據(jù)一起被廣播。
解碼器如圖5中所示。輸入視頻被輸入到10比特模-數(shù)轉(zhuǎn)換器50。視頻同步分離器56從視頻中提取出水平同步脈沖，并將這些脈沖輸入到數(shù)字積分器52的觸發(fā)輸入端。這樣，數(shù)字積分器可以得到每個碼片上的積分，并計算出如圖7中所示的積分碼片值。這些值被發(fā)送到微處理器54，該微處理器還可以得到來自視頻同步分離器的同步信息。微處理器判斷那些碼元與接收到的PN序列相應?；叵胍幌虑懊嫠懻摰膬?nèi)容，解碼過程最好是在編碼期間在圖3中所示的編碼器的輸出端以硬件方式實現(xiàn)。編碼器必須完成多得多的處理，而其微處理器比每個解碼器的微處理器能力更強。因此，可以以軟件方式而不是硬件方式來完成整個編碼過程中步驟11中的解碼過程。不過，不論以什么方式進行解碼，這兩種情況下的解碼過程的邏輯都是一樣的，因此，在這兩種情況下，可以使用硬件或軟件。
圖6A和6B是解碼過程的流程圖。積分碼片值的產(chǎn)生結(jié)合圖7已作了描述，而圖8說明了利用圖7中的結(jié)果的相關(guān)過程。該流程圖嚴密地說明了如何和何時得出積分碼片值，以及進行相關(guān)處理的方法。
在步驟51和53中，系統(tǒng)尋找垂直和水平同步。當檢測到新場的第一個水平同步時，判斷是否該是檢查同步PN序列的時候了。在步驟55中，系統(tǒng)開始尋找第23行中的同步序列，即使該序列在場中的第25行被編碼。如前面所述，其原因是，后編碼器處理可能使首行上移或下移一、兩行。因此，解碼器必須稍早一點開始尋找同步PN序列并繼續(xù)尋找一會兒。
在12行數(shù)據(jù)使其碼片被積分后，同頻PN序列已在那些行中的第8行中被發(fā)送。將同步PN序列與從前8行得到的16個積分碼片值相關(guān)。相關(guān)結(jié)果在步驟57中被保存，然后，在步驟59中，檢驗其中可能具有同步碼片的最后一行(第34行)是否已處理完。如果沒完，則返回到步驟53。同步PN序列首先與從第23-30行得到的積分碼片值進行相關(guān)。下一次，是與從第24-31行得到的積分碼片值進行相關(guān)。繼續(xù)這一過程，最后一次是同步PN序列與第27-34行中的16個積分碼片值進行相關(guān)。(如前面所述，同步PN序列可以是用來表示4比特碼元的PN序列之一，或者它也可以是一個完全不同的序列。)在步驟61中，確定最大同步相關(guān)結(jié)果。這樣可以安排表示數(shù)據(jù)的碼片中的首行。在同步序列之后，第一數(shù)據(jù)PN碼立即啟動。(最大同步相關(guān)結(jié)果必須比次最大值高出至少100％，否則，忽略整個檢驗，而系統(tǒng)等待一個新的場。)在步驟63中，積分并保存下一個數(shù)據(jù)PN碼的8行，然后計算出積分碼片值。通過將碼片期間的視頻信號積分，再將這兩個積分值相減，可以得到積分碼片值，或者，也可以先作減法后積分。然后，在步驟83中，系統(tǒng)選擇要與接收數(shù)據(jù)碼進行相關(guān)的8個可能的PN序列中的第一個。
檢驗所有積分碼片值是否太大。檢驗中所用的閾值對每個系統(tǒng)都是唯一的。在步驟65中，得到新PN碼的第一積分碼片值，并在步驟67中，檢驗該值。例如，如果值大于理想視頻情況下(即一對中兩個碼片期間有相同的視頻)積分出的最大值的1.5倍(或者，在別的例子中為2.0倍)，那么，積分碼片值一定過分受到了視頻信號的影響。例如，如果可能加到視頻信號上的最大幅度為30毫伏，那么，這兩個碼片的積分碼片值應是(30毫伏)*(2)*(以毫秒為單位的碼片寬度)*(積分器增益)。注意，該式中不含視頻，這是因為，在理想視頻情況下(即兩個碼片期間的視頻相同)視頻已抵消。此外，計算中使用因子(2)是因為減去負30毫伏的碼片幅度所造成的。(或者，如果第一碼片為負數(shù)，那么最終結(jié)果也是其幅度的兩倍，只是其值為負數(shù)。)如果在成對的碼片期間成對的水平行不同，那么所有積分碼片值都可能會太大。如果該值不太大，那么，在步驟69中，將該值計入所檢驗的PN序列的相關(guān)累加器中。參照圖8，針對8個(最初在從來沒有反相碼被發(fā)送的情況下，為16個)可能的PN序列中的每一個的相關(guān)累加器只是一個加法器。在和值中加上或減去各積分碼片值，這取決于PN序列中相應碼片的值。每一累加器都可能是正數(shù)或負數(shù)值。
在步驟71中，進行檢驗，以判斷前一積分碼片值是否太大。如果不大，分支到步驟85，該步驟的用途將在后面描述。而如果前一積分碼片值太大，則不再進行當前積分碼片值的處理過程，并直接分支到步驟73。在此，判斷所檢驗的PN序列的所有碼片是否已處理完。如果沒有處理完，則返回到步驟65，得到下一個積分碼片值。在步驟75中，只有當處理完所檢驗的PN序列的所有16個積分碼片值之后，才執(zhí)行這一步驟，在該步驟中，判斷是否已將所有16個PN序列與正在被處理的16個積分碼片值進行了比較。如果沒有比較完，則在步驟79中選擇下一個PN序列，再返回到步驟65以處理第一個積分碼片值，此時使用剛選擇的PN序列。
最后，在步驟77中，將具有最大相關(guān)累加器量值的PN序列選定為“勝利者”。如上所述，正數(shù)和負數(shù)值與16個PN序列中的不同序列相應。在步驟81中，檢驗是否已處理完該場的所有數(shù)據(jù)。如果已處理完，則返回到步驟51。如果尚未處理完，則返回到步驟63，以便能處理下一個數(shù)據(jù)序列。
問題是，怎么來處理步驟67中被判定為太大的積分碼片值。另外，當在步驟67中判定當前積分碼片值并不太大時，也尚未作出要完成怎樣的附加處理的描述，而步驟71中所判斷的前一積分碼片值的情況也存在同樣的問題。下面，首先描述后者的步驟進程，然后再描述第一積分碼片值。
在每個PN序列的第一反復中，當在處理第一積分碼片值時，不存在前一積分碼片值，因此對步驟71的檢驗的應答結(jié)果被設置為“是”。如果第二積分碼片值不太大(如步驟67中所判定)，那么在步驟69中再一次將該值計入正被處理的PN序列的相關(guān)累加器中。此時，當執(zhí)行步驟71時，已存在前一積分碼片值。如果該值不太大，那么，在步驟85中檢驗當前和前一碼片值是否與所檢測的PN序列相匹配。步驟85旁邊的圖表表示，如果所檢驗的PN序列在所討論的兩個碼片位置具有00或11，并且如果兩個積分碼片值符號相同，那么分支到步驟89?；叵胍幌虑懊嫠懻摰膬?nèi)容，因為PN序列可以首先以其常規(guī)形式被發(fā)送或首先以其反相形式被發(fā)送，隨后對應的是反相形式或常規(guī)形式，因此，無論哪種符號的積分碼片值都可以提高所檢驗的特定PN序列的相關(guān)值(這是因為，最終“勝利者”是具有最大絕對量值的相關(guān)值，即使它是負的)。因此，只要在步驟85中是“匹配”的，就表示有與所檢驗的PN序列相應的兩個連續(xù)的積分碼片值。由于一行中有兩“擊”，因此，被處理的輸入PN碼更有可能與所檢驗的PN序列相符。由于這個原因，不僅在步驟69中將該積分碼片值計入(加上或減去)相關(guān)累加器，而且還根據(jù)步驟85所判定的匹配結(jié)果將它再次計入。
再者，如果前一積分碼片值與當前積分碼片值不同，那么這些積分碼片值可能比前一和當前值符號相同時還要好。這是因為，如果相鄰碼片不僅與所檢驗的PN序列匹配而且極性也不同，那么極可能不存在影響積分碼片值符號的行與行之間視頻偏移量。為此，在步驟89中，檢驗前一碼片的符號與當前碼片的符號是否相同。最后的結(jié)果是，如果兩個連續(xù)的積分碼片值的極性與所檢驗的PN序列中的相應碼片都不相匹配(在步驟85中判定)，那么，分支到步驟73，然后在步驟69中只一次將當前積分碼片值加到相關(guān)累加器中。如果當前積分碼片值和前一積分碼片值與所檢驗的PN序列中的相應碼片都相匹配(在步驟85中判定)，而且在步驟89中判定它們符號相同，那么，在步驟87中，根據(jù)步驟85中所判定的存在一個至少有兩個與所討論的PN序列相匹配的積分碼片值的序列，在相關(guān)累加器中又一次加上或減去當前積分碼片值。最后，如果在步驟89中判定當前積分碼片值與前一積分碼片值符號不同，那么，在步驟91中將當前積分碼片值又再次計入相關(guān)累加器中。
步驟81、93、95和97尚未討論，要理解這些步驟需要同時考慮圖9A、9B和10。步驟67中檢驗的是正被處理的積分碼片值是否太大。如果太大，則意味著，行與行之間的視頻有變化，使得，各自成對的兩個碼片期間的積分之間的差值超過了兩個極性相反的碼片之間最大差值，因而，積分碼片值與視頻的關(guān)系太大。如果對于對比輸入數(shù)據(jù)序列被檢驗的PN序列，前一碼片與當前碼片極性相同，那么，無法對積分碼片值作處理，分支到步驟73。事實上，被處理的積分碼片值可以忽略，從而不必在所檢驗的PN序列的相關(guān)累加器中加上或減去該值。這只意味著，所檢驗的PN序列不太可能是“勝利者”。但是，如果所檢驗的PN序列的前一碼片與當前碼片極性不同，那么，在步驟93中，將當前積分碼片值減去前一積分碼片值。如果差值太大(其含義將結(jié)合圖10來描述)，那么，同樣無法利用當前積分碼片值，分支到步驟73。但如果差值不太大，那么，在步驟97中將該差值計入到相關(guān)累加器，然后再進至步驟73。參照圖9A、9B和10可以很明白這一技術(shù)的工作原理。
參照圖9A，圖中示出了兩個連續(xù)的具有反相碼片模式的視頻行。可以看到，最重要的一點是，第一幅圖中，視頻的值為0.5伏，而第二幅圖中，視頻的值為0.2伏。如果最大峰值碼片幅度為0.1伏，顯然，兩個視頻偏移量之間的差值大于碼片的峰峰值的三倍。圖9A中的第三幅圖假定積分器增益為1，并且，對于這種情況，考慮到視頻偏移量，那么可以看到，積分碼片值中有兩個為0.4，另兩個為0.2。所有這四個值都太大，它們明顯地反映了不同的視頻偏移量。
圖9B說明了行之間的視頻偏移量為何會造成信號解碼過程中的錯誤。參見圖9A中的第一幅圖，顯然，被發(fā)送的碼片序列為1001。圖9B顯示了當輸入PN碼與正確PN序列1001和錯誤序列1110比較時的處理情況。利用常用規(guī)則，與輸入碼進行比較的PN序列中的1使得積分碼片值加到累加器中，而0使得將累加器減去該值。在正確PN序列1001的情況下，在相關(guān)累加器中分別+、-、-、+4個連續(xù)的積分碼片值0.4、0.2、0.2和0.4，得到的最終值為0.4。
在錯誤PN序列1110的情況下，在累加器中分別+、+、+、-這4個積分碼片值。得到的最終結(jié)果為0.4，與正確PN序列得到的結(jié)果相同。因此，顯然行之間的偏移量導致了錯誤，這是因為，無論對于正確PN序列還是錯誤PN序列，這4個積分碼片值在相關(guān)累加器中導致了相同的結(jié)果。
圖10規(guī)定了當被處理的當前積分碼片值與前一積分碼片值極性不同時用于執(zhí)行步驟93、95和97的兩條規(guī)則。規(guī)則1是如果當前積分碼片值與碼片幅度相比，其量值大于1.5倍最大峰峰值碼片幅度，那么，除非如規(guī)則2中所述，否則不用該積分碼片值。這條規(guī)則主要表示步驟93、95和97中的后續(xù)處理，而圖10中下半部分中的圖表說明了這一規(guī)則針對同樣的兩個PN序列1001(正確序列)和1110的應用情況。
普通的加減規(guī)則是，PN碼片為1表示應將積分碼片值加到相關(guān)累加器中，而PN碼片為0表示應將相關(guān)累加器減去積分碼片值?！芭c上次不同”列表示所考慮的碼片與前一碼片相同還是不同。記號“NA”(不適用)是指各序列中的第一碼片沒有前一碼片，因此，它既不是相同也不是不同?！俺龇秶绷兄槐硎静襟E95中的檢驗表明積分碼片值太大。參照圖9A中所討論的例子，所有4個積分碼片值不是0.2就是0.4，而這兩個值都大于峰峰值碼片幅度0.1伏的1.5倍。最后一列說明了這兩條規(guī)則是如何改變相關(guān)累加器值的。
對于第一個PN序列1001，第一積分碼片值被忽略，這是由于第一個碼片不會與PN序列中的前一碼片不同(因為不存在前一碼片)。相關(guān)累加器仍為0。下一個碼片與前一碼片不同，因此，規(guī)則是在步驟93中，將當前積分碼片值減去前一積分碼片值，然后，將相關(guān)累加器減去這一差值(因為所檢驗的PN序列中的第二碼片為0)。根據(jù)圖9A，該前一積分碼片值為0.4，而該當前積分碼片值為0.2，因此差值為-0.2。當將相關(guān)累加器減去這一差值時，相關(guān)累加器顯示值為+0.2。第三積分碼片值被忽略，這是因為，所討論的PN序列中的這一碼片與前一碼片的值相同。最后，第四碼片與第三碼片不同，因此，在本例子的最后的處理步驟中，將第四積分碼片值減去第三積分碼片值，再將這一差值加到相關(guān)累加器中。最后一個積分碼片值為0.4而第三積分碼片值為0.2，因此差值為0.2，將這一差值加到累加器中，得到最終結(jié)果為+0.4。
對于錯誤PN序列1110，顯然，前三個積分碼片值被忽略，這是由于，在這三種情況中，沒有一種情況其前一碼片與當前碼片不同。但由于該PN序列中的第四碼片為0而第三碼片為1，因此，將第四積分碼片值減去第三積分碼片值，再將相關(guān)累加器減去這一差值。這樣，便得到相關(guān)累加器結(jié)果為-0.2。
通過比較這兩個結(jié)果，并回想一下前面所討論的內(nèi)容，“勝利者”應是具有最大絕對量值的那一個序列，顯然，這種處理過程使得至少可以處理一些太大的積分碼片值，并可以改變相關(guān)累加器值。
應當注意，在步驟95中，要檢驗差值是否太大。就圖10的例子中所考慮的一切情況而言(其中，將當前積分碼片值減去前一積分碼片值，并且在相關(guān)累加器中加上或減去當前值)，差值不是+0.2就是-0.2。這種差值的絕對量值大于1.5倍峰峰值碼片幅度，如步驟67中的檢驗。然而，在步驟95中，檢驗差值是否是3倍峰峰值碼片幅度。其原因是，步驟93中的減運算(目的是用于消除視頻偏移量)實際上將積分碼片值信息加倍。如果，對于所檢驗的PN序列，前一碼片與當前碼片符號不同，那么，兩個連續(xù)積分碼片值符號應相反。當將這兩個積分碼片值相減以消除視頻偏移量時，這可將碼片本身的作用加倍。這就是為何步驟95中的檢驗的閾值是步驟67中的檢驗的閾值的兩倍。如果無論如何步驟93中所確定的差值大于3倍峰峰值碼片幅度，那么，分支到步驟73，并忽略被處理的積分碼片值。
再參照圖9A，可以看到，為何這一附加處理過程使得太大的積分碼片值仍然可影響相關(guān)累加器值。在有碼片極性轉(zhuǎn)變(如步驟81中所判定)的地方，轉(zhuǎn)變前的積分碼片值與轉(zhuǎn)變后的積分碼片值都將有很大的因子，這是因為一行中的視頻偏移量比另一行中的視頻偏移量大得多所造成的。然而，當將這兩個積分碼片值相減時，視頻偏移量差值將消失。因為碼片值不同，所以，所剩下的完全是一個絕對量值(由于這兩個碼片對積分碼片值的影響量符號不同，而且兩者相減，因此該絕對量值等于兩個絕對量值的和)。不保證該方法起作用，這是因為，系統(tǒng)無法知道實際上這兩個連續(xù)的輸入碼片具有不同的值，也就是說，系統(tǒng)無法知道兩個碼片之間的轉(zhuǎn)變。步驟81中的檢驗只涉及所檢驗的PN序列——它有兩個值相反的連續(xù)碼片嗎？最終是在步驟95中檢驗該差值是否太大。如果該差值太大，則表示實在無法利用該積分碼片值。然而，如果該差值不太大，則假定，積分碼片值的差值不能正確地反映當前碼片的值，所以將差值計入所檢驗的PN序列的相關(guān)累加器中。
這是因為，只有在步驟81中判定所檢驗的PN序列其被處理的兩個碼片位置之間有轉(zhuǎn)變時(希望用來表示可被發(fā)送的碼元的PN序列具有許多個轉(zhuǎn)變)，圖9A、9B和10中所示的處理過程才進行。對于8碼片的PN序列，最好每個PN序列都具有至少5個轉(zhuǎn)變，同時一行中不多于5個0或1。
為了便于說明，按照這樣的PN序列來描述本發(fā)明，其中每個PN序列有8行，每行4個碼片，這些行都是成對的(常規(guī)行和反相行)，這樣，每個PN序列實際上都包括16條不同的信息。實用中，每行最好有20個碼片。如圖11中所示。通常，對于一個任意大小的碼元，其可能的每一PN序列的行數(shù)、每行中的碼片數(shù)、碼片幅度、碼片起點以及PN序列的個數(shù)都是可變化的。增加每行中的碼片數(shù)可以改善誤碼率。然而，隨著碼片變少，行同步顯得更重要，因此也更難以將視頻信號解碼。
圖11中陳述了一些優(yōu)選參數(shù)。第一個碼片在水平同步脈沖的上升沿約8微秒后開始。碼片寬度為2.3微秒，而峰峰值碼片幅度在5到20毫伏之間變化。開始的水平行是第25行，而結(jié)束的水平行是第233行。在本發(fā)明的舉例實施方式中，如上所述，針對每個數(shù)據(jù)碼元，共有8行，8個數(shù)據(jù)模式(PN序列)用于16個碼元，并且在每一視頻場中對25種數(shù)據(jù)模式進行編碼。由于在本發(fā)明的舉例實施方式中，每個碼元代表4比特，且在每一視頻場中有25種被編碼的數(shù)據(jù)模式，因此，該行的數(shù)據(jù)速率為每場100比特(即，如果場頻為每秒60場，那么數(shù)據(jù)速率為每秒6000比特)。
應當理解，實現(xiàn)本發(fā)明還可以有其他許多形式。例如，不是使解碼過程與每行中的水平同步脈沖的上升沿同步，而可以使該處理過程與色同步信號或某個別的特征同步。具有疊加數(shù)據(jù)的視頻信號可以如前面提到的Broughton等人的專利中所述的任意方式來檢測，或者，它也可以直接對視頻信號進行處理以電學方式來檢測。關(guān)于使用8個PN序列來表示16個4比特碼元或者每個碼元8行并不是唯一的。例如，可用16個PN序列取代8個PN序列。如果這16個序列可以首先以其常規(guī)形式被發(fā)送或首先以其反相形式被發(fā)送，那么它們可以表示32個碼元。如果采用10行而不是8行，并且使PN序列變長(假定碼片寬度不變)，那么可以是10行中表示5比特而不是8行中表示4比特，而數(shù)據(jù)速率可保持不變。然而，總的來說，可能的PN序列的個數(shù)越大，解碼輸入序列出錯概率越大，且判定正確序列所需的處理時間也越長。
在本發(fā)明的舉例實施方式中，一旦輸入PN碼被確定，就逐個地對可能PN序列中的每一個進行對比檢驗。不是單獨地對各個PN序列進行檢驗，而是可利用定制的硬件并行地處理所有這些檢驗。在舉例的實施方式中，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器是10比特器件。也可以使用8比特轉(zhuǎn)換器，盡管這樣可能會因為所編碼信號相當小而增大出錯概率。
盡管在本發(fā)明的舉例實施方式中，使每個PN序列的連續(xù)行成對，但也可以以不同的方式插入PN序列。因為必須得到積分碼片值，因此有必要使每個PN序列以其常規(guī)方式和反相方式被發(fā)送；必須將兩個相反的編碼行相減，以便消除視頻，希望所剩下的恰好能反映數(shù)據(jù)信號。甚至最好可以將成對的行分割成幾行，這是因為，如果視頻的“不好的”部分不太可能涉及到連續(xù)的若干行，則可以改善誤碼率。換言之，即使PN序列的一部分惡化，成對的兩行也多半不會惡化。然而，成對的行也不應分割得太細，這是因為，還希望保持平均亮度不變，而且，如果成對的這兩行中視頻信號相似(這兩行相鄰時，它們相似的可能性更大)，那么相減過程很管用。如權(quán)利要求書中所述，“成對的”行彼此都應當在約5行內(nèi)。不過，最好還是采用連續(xù)行的方法，因為這樣實現(xiàn)起來最簡單且所需計算機存儲器最少。
可以不調(diào)制視頻信號的亮度部分，而是調(diào)制色度。實際上，這兩者都可以調(diào)制，從而可將數(shù)據(jù)速率加倍，這主要是因為色度和亮度信號相互影響不太大。此外，還可以以較大幅度來調(diào)制色度信號，從而達到更高的數(shù)據(jù)速率，而出錯概率與調(diào)制亮度信號情況相同。不過，總的來說，調(diào)制和解調(diào)色度信號需要更復雜的設備。
最好，所有編碼都是基于每場的，也就是說，PN序列不跨躍連續(xù)的場。其原因是，視頻信號可以被編輯(例如，當視頻從TV節(jié)目轉(zhuǎn)到廣告節(jié)目時)，其間，如果PN序列不完全包含在一整個場中，那么數(shù)據(jù)可能被切斷。
盡管這里參照一些具體的實施方式描述了本發(fā)明，然而，應當理解，這些實施方式只是為了舉例說明本發(fā)明原理的應用。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以作出許多修改，還可以設計出其他方案。
權(quán)利要求
1.一種將數(shù)據(jù)疊加到視頻信號的可視部分上的方法，包括如下步驟(a)將輸入視頻信號轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示方式；(b)對于多個數(shù)據(jù)碼元中的每個數(shù)據(jù)碼元，指定各自的具有比所述每個數(shù)據(jù)碼元所表示的比特數(shù)更多的碼片的碼片模式，每個碼片模式有多行，每行有多個碼片，以便將碼片模式在成對的分別具有常規(guī)和反相形式的行中疊加到所述視頻信號上；(c)建立一個具有數(shù)字值的碼片幅度表，這些數(shù)字值表示要疊加到相應位置上的所述視頻信號上的各個碼片的值；(d)通過以數(shù)字方式將所述輸入視頻信號的表示與所述碼片幅度表中相應位置上所表示的碼片值相加，得到輸出視頻信號的數(shù)字表示；(e)通過以數(shù)字方式對步驟(d)中得到的數(shù)字表示進行處理，來模擬疊加在所述輸出視頻信號上的數(shù)據(jù)的解碼；(f)如果所模擬的步驟(e)的解碼得到錯誤結(jié)果，那么提高所述碼片幅度表中的值；和(g)在所述碼片幅度表中的值被提高從而所模擬的步驟(e)的解碼得到正確結(jié)果后，根據(jù)所述輸入視頻信號的數(shù)字表示和所述碼片幅度表中相應位置上所表示的碼片值得到輸出視頻信號。
2.如權(quán)利要求1所述的將數(shù)據(jù)疊加到輸出視頻信號的可視部分上的方法，還包括如下步驟(h)將所述輸入視頻信號解碼，以得到所疊加的任何數(shù)據(jù)的數(shù)字表示；和其中，步驟(d)、(e)和(g)都包括附加利用步驟(h)中所得到的數(shù)字表示。
3.如權(quán)利要求2所述的將數(shù)據(jù)疊加到輸出視頻信號的可視部分上的方法，其中，在步驟(g)中，所述碼片幅度表可包括所述輸出視頻信號中成對的行中的極性相反的碼片。
4.如權(quán)利要求3所述的將數(shù)據(jù)疊加到輸出視頻信號的可視部分上的方法，其中，步驟(e)和(h)中的解碼包括得到所處理的視頻信號在每對極性相反的碼片的一個的期間的積分的差值，然后，以統(tǒng)計方式將所述碼片模式中的每種模式與積分差值進行相關(guān)以確定最強相關(guān)。
5.如權(quán)利要求1所述的將數(shù)據(jù)疊加到輸出視頻信號的可視部分上的方法，其中，在步驟(g)中，所述碼片幅度表可包括所述輸出視頻信號中成對的行中的極性相反的碼片。
6.如權(quán)利要求5所述的將數(shù)據(jù)疊加到輸出視頻信號的可視部分上的方法，其中，步驟(e)中的解碼包括得到所處理的輸出視頻信號在每對極性相反的碼片中一個的期間的積分的差值，然后，以統(tǒng)計方式將所述碼片模式中的每種模式與積分差值進行相關(guān)以確定最強相關(guān)。
7.如權(quán)利要求1所述的將數(shù)據(jù)疊加到輸出視頻信號的可視部分上的方法，還包括如下步驟將所述輸入視頻信號解碼以得到所疊加的任何原數(shù)據(jù)的數(shù)字表示，從所述輸出視頻信號中消除所述原數(shù)據(jù)，將所述原數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)組合以得到復合數(shù)據(jù)，并在執(zhí)行步驟(d)、(e)和(g)時利用所述復合數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的將數(shù)據(jù)疊加到輸出視頻信號的可視部分上的方法，其中，在步驟(g)中，所述碼片幅度表可包括所述輸出視頻信號中成對的行中的極性相反的碼片。
9.如權(quán)利要求8所述的將數(shù)據(jù)疊加到輸出視頻信號的可視部分上的方法，其中，步驟(e)中的解碼包括得到所處理的輸出視頻信號在每對極性相反的碼片的一個的期間的積分的差值，然后，以統(tǒng)計方式將所述碼片模式中的每種模式與積分差值進行相關(guān)以確定最強相關(guān)。
10.一種將數(shù)據(jù)疊加到視頻信號的可視部分上的方法，包括如下步驟(a)將輸入視頻信號轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示方式；(b)對于多個數(shù)據(jù)碼元中的每個數(shù)據(jù)碼元，指定各自的具有比所述每個數(shù)據(jù)碼元所表示的比特數(shù)更多的碼片的碼片模式，每個碼片模式有多行，每行有多個碼片，以便在成對的分別具有常規(guī)和反相形式的行中將碼片模式疊加到所述視頻信號上；(c)建立一個具有數(shù)字值的碼片幅度表，這些數(shù)字值表示要疊加到所述視頻信號的相應位置上的各個碼片的值；和(d)根據(jù)所述輸入視頻信號的數(shù)字表示和所述碼片幅度表中相應位置上所表示的碼片值得到輸出視頻信號。
11.如權(quán)利要求10所述的將數(shù)據(jù)疊加到輸出視頻信號的可視部分上的方法，還包括如下步驟(e)將所述輸入視頻信號解碼，以得到所疊加的任何數(shù)據(jù)的數(shù)字表示；和其中，步驟(d)包括附加利用步驟(e)中所得到的數(shù)字表示。
12.如權(quán)利要求11所述的將數(shù)據(jù)疊加到輸出視頻信號的可視部分上的方法，其中，在步驟(d)中，所述碼片幅度表可包括所述輸出視頻信號中成對的行中的極性相反的碼片。
13.如權(quán)利要求12所述的將數(shù)據(jù)疊加到輸出視頻信號的可視部分上的方法，還包括如下步驟將所述輸入視頻信號解碼以得到所疊加的任何原數(shù)據(jù)的數(shù)字表示，從所述輸出視頻信號中消除所述原數(shù)據(jù)，將所述原數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)組合以得到復合數(shù)據(jù)，并在執(zhí)行步驟(d)時利用所述復合數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求10所述的將數(shù)據(jù)疊加到輸出視頻信號的可視部分上的方法，其中，在步驟(d)中，所述碼片幅度表可包括所述輸出視頻信號中成對的行中的極性相反的碼片。
15.一種將數(shù)據(jù)疊加到視頻信號的可視部分上的方法，包括如下步驟(a)對于多個數(shù)據(jù)碼元中的每個數(shù)據(jù)碼元，指定各自的具有比所述每個數(shù)據(jù)碼元所表示的比特數(shù)更多的碼片的碼片模式，每個碼片模式有多行，每行有多個碼片，以便在成對的分別具有常規(guī)和反相形式的行中將碼片模式疊加到所述視頻信號上；(b)建立所述視頻信號和與要疊加到所述視頻信號上的數(shù)據(jù)碼元相應的碼片模式的復合數(shù)字表示；和(c)根據(jù)所述復合數(shù)字表示產(chǎn)生視頻信號。
16.如權(quán)利要求15所述的將數(shù)據(jù)疊加到視頻信號的可視部分上的方法，還包括如下步驟(d)在執(zhí)行步驟(b)之前先將所述視頻信號解碼，以確定原來所疊加的任何數(shù)據(jù)；和(e)利用步驟(d)中解碼后的數(shù)據(jù)，以部分地確定要疊加到所述視頻信號上的數(shù)據(jù)碼元。
17.如權(quán)利要求16所述的將數(shù)據(jù)疊加到視頻信號的可視部分上的方法，其中，在步驟(b)中，從所述數(shù)字表示中消除步驟(d)中所確定的表示任何原數(shù)據(jù)的碼片模式。
18.一種將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，所述視頻信號針對多個數(shù)據(jù)碼元中的每個數(shù)據(jù)碼元都包括一個相應的具有比各自的數(shù)據(jù)碼元所表示的比特數(shù)更多的碼片的碼片模式，每個碼片模式有多行，每行有多個碼片，這些碼片模式在成對的分別具有常規(guī)和反相形式的行中被疊加到所述視頻信號上；該方法包括如下步驟(a)在表示與單個數(shù)據(jù)碼元相應的碼片模式的行中的每一成對的行中，得到每個位置上的積分碼片值；(b)將為單個數(shù)據(jù)碼元得到的積分碼片值與所有與所述多個數(shù)據(jù)碼元中的各自數(shù)據(jù)碼元相應的碼片模式進行相關(guān)；和(c)根據(jù)與所述數(shù)據(jù)碼元具有最強相關(guān)的碼片模式，識別出所述視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)碼元。
19.如權(quán)利要求18所述的將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，其中，步驟(b)包括如下分步驟(b1)對于所述碼片模式中的每種模式，如果該模式中的相應碼片具有第一極性，則將各自的相關(guān)累加器中所存放的值加上一個積分碼片值；和(b2)對于所述碼片模式中的每種模式，如果該模式中的相應碼片具有第二極性，則將各自的相關(guān)累加器中所存放的值減去一個積分碼片值。
20.如權(quán)利要求19所述的將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，其中，在步驟(b)的相關(guān)中，任何超過第一閾值的積分碼片值并不直接使用，而是與前一積分碼片值一起作為差值函數(shù)的一部分，如果差值函數(shù)不超過第二閾值且被相關(guān)的碼片模式在與所述任何積分碼片值和前一積分碼片值相應的位置上具有極性相反的碼片的話。
21.如權(quán)利要求19所述的將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，其中，不超過所述第一閾值的任何積分碼片值將使被相關(guān)的碼片模式的相關(guān)值增加一個附加量，如果該積分碼片值和前一積分碼片值這兩者的極性都與被相關(guān)的碼片模式中的兩個碼片的極性相符的話。
22.如權(quán)利要求21所述的將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，其中，將使被相關(guān)的碼片模式的相關(guān)值增加一個附加量的任何積分碼片值還會將它增加一個更大的量，如果對于被相關(guān)的碼片模式所述積分碼片值與前一積分碼片值極性不同的話。
23.如權(quán)利要求18所述的將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，其中，在步驟(b)的相關(guān)中，任何超過第一閾值的積分碼片值并不直接使用，而是與前一積分碼片值一起作為差值函數(shù)的一部分，如果差值函數(shù)不超過第二閾值且被相關(guān)的碼片模式在與所述任何積分碼片值和前一積分碼片值相應的位置上具有極性相反的碼片的話。
24.如權(quán)利要求18所述的將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，其中，不超過所述第一閾值的任何積分碼片值將使被相關(guān)的碼片模式的相關(guān)值增加一個附加量，如果該積分碼片值和前一積分碼片值這兩者的極性都與被相關(guān)的碼片模式中的兩個碼片的極性相符的話。
25.如權(quán)利要求24所述的將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，其中，將使被相關(guān)的碼片模式的相關(guān)值增加一個附加量的任何積分碼片值還會將它增加一個更大的量，如果對于被相關(guān)的碼片模式所述積分碼片值與前一積分碼片值極性不同的話。
26.一種將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，所述視頻信號針對多個數(shù)據(jù)碼元中的每個數(shù)據(jù)碼元都包括一個相應的碼片模式，每個碼片模式有多行，每行有多個碼片，這些碼片模式在成對的分別具有常規(guī)和反相形式的行中被疊加到所述視頻信號上；該方法包括如下步驟(a)在表示與單個數(shù)據(jù)碼元相應的碼片模式的行中的每一成對的行中，得到每個位置上的基于碼片的值；(b)將步驟(a)中為單個數(shù)據(jù)碼元得到的值與所有與所述多個數(shù)據(jù)碼元中的各自數(shù)據(jù)碼元相應的碼片模式進行相關(guān)；和(c)根據(jù)與所述數(shù)據(jù)碼元具有最強相關(guān)的碼片模式，識別出所述視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)碼元。
27.如權(quán)利要求26所述的將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，其中，步驟(b)包括如下分步驟(b1)對于所述碼片模式中的每種模式，如果該模式中的相應碼片具有第一極性，則將各自的相關(guān)累加器中所存放的值加上一個積分碼片值；和(b2)對于所述碼片模式中的每種模式，如果該模式中的相應碼片具有第二極性，則將各自的相關(guān)累加器中所存放的值減去一個積分碼片值。
28.如權(quán)利要求26所述的將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，其中，在步驟(b)的相關(guān)中，任何超過第一閾值的積分碼片值并不直接使用，而是與前一積分碼片值一起作為差值函數(shù)的一部分，如果差值函數(shù)不超過第二閾值且被相關(guān)的碼片模式在與所述任何積分碼片值和前一積分碼片值相應的位置上具有極性相反的碼片的話。
29.如權(quán)利要求28所述的將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，其中，不超過所述第一閾值的任何積分碼片值將使被相關(guān)的碼片模式的相關(guān)值增加一個附加量，如果該積分碼片值和前一積分碼片值這兩者的極性都與被相關(guān)的碼片模式中的兩個碼片的極性相符的話。
30.如權(quán)利要求29所述的將視頻信號的可視部分中所表示的數(shù)據(jù)解碼的方法，其中，將使被相關(guān)的碼片模式的相關(guān)值增加一個附加量的任何積分碼片值還會將它增加一個更大的量，如果對于被相關(guān)的碼片模式所述積分碼片值與前一積分碼片值極性不同的話。
31.一種將所發(fā)送的視頻信號的可視部分中的數(shù)據(jù)編碼而不會影響接收視頻信號的顯示，并用于將接收視頻信號中的所述數(shù)據(jù)解碼的方法，該方法包括如下步驟(a)對于所要發(fā)送的一組數(shù)據(jù)比特，從若干個較長的預定碼片序列中選擇關(guān)聯(lián)的一個序列，(b)將所選定的碼片序列劃分為多個碼片行，(c)在發(fā)送所述視頻信號之前，成對地將每一碼片行及其反相行插入到所述視頻信號的各對行掃描中，(d)對接收到的成對的行掃描進行處理，以便檢測由此表示的碼片行，(e)將所述若干個碼片序列中的每一個與所述檢測的碼片行進行相關(guān)，以便因此而得到相關(guān)量值，和(f)將具有最大相關(guān)量值的碼片序列選為被發(fā)送的碼片序列。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，在步驟(c)中，碼片的兩種可能的值會以各自相反的方向改變視頻信號的特征。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，在步驟(d)中，將所處理的每對行掃描中的兩個行掃描相減，以便減小所檢測的碼片行上的視頻信號的影響，同時增加所檢測的碼片行的幅度。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其中，在步驟(d)中，通過得到每個碼片的積分函數(shù)據(jù)來處理每個行掃描，并將一個行掃描的每個碼片函數(shù)與成對的行掃描中的相應位置的碼片的碼片函數(shù)相減。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，還包括如下步驟在發(fā)送所述視頻信號之前，將一個同步碼片模式插入到所述視頻信號的若干個行掃描中，并且對接收到的視頻信號進行處理以確定同步碼片模式的位置，從而確定步驟(d)的檢測的碼片位置。
36.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，在步驟(d)中，將所處理的每對行掃描中的兩個行掃描相減，以便減小所檢測的碼片行上的視頻信號的影響，同時增加所檢測的碼片行的幅度。
37.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，在步驟(d)中，通過得到每個碼片的積分函數(shù)據(jù)來處理每個行掃描，并將一個行掃描的每個碼片函數(shù)與成對的行掃描中的相應位置的碼片的碼片函數(shù)相減。
38.如權(quán)利要求31所述的方法，還包括如下步驟在發(fā)送所述視頻信號之前，將一個同步碼片模式插入到所述視頻信號的若干個行掃描中，并且對接收到的視頻信號進行處理以確定同步碼片模式的位置，從而確定步驟(d)的檢測的碼片位置。
全文摘要
一種將所發(fā)送的視頻信號(11)的可視部分中的數(shù)據(jù)(21)編碼的方法,它不會影響接收視頻信號的顯示,并用于將接收視頻信號(13)中的數(shù)據(jù)解碼(11)。所要發(fā)送的稱為數(shù)據(jù)碼元(21)的每一數(shù)據(jù)比特組與若干個較長的預定碼片(23)序列之一關(guān)聯(lián)。每一碼片序列都被劃分為多個碼片(23)行,并且每一碼片行都與其反相行一起成對地被插入到所處理的各自的成對的行中,以檢測它們表示的碼片行,然后將該若干個碼片序列中的每一個與所檢測的碼片行進行相關(guān),以便得到相關(guān)量值。具有最大相關(guān)量值的碼片序列被選為要發(fā)送其數(shù)據(jù)碼元的碼片序列。
文檔編號H04N7/08GK1367981SQ99816859
公開日2002年9月4日 申請日期1999年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月23日
發(fā)明者丹尼爾·A·查杜羅, 庫爾特·L·考斯巴, 克里斯托弗·E·丘普 申請人:科普拉交互式系統(tǒng)國際公司