CN1107414C - 用于数字视频***的数字视频编码器 - Google Patents

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Abstract

用于数字视频***的数字视频编码器，其中来自MPEG解码器输出的数字视频数据作为输入，模拟复合视频基带信号(CVBS)作为输出，它包括第一选择装置，信号分离装置，亮度信号处理装置，色度信号处理装置，信号合成装置，第一数模转换装置，以及控制装置。因此，同步是容易的，成本降低了，提供了各种OSD功能，提供了高质量的图象，并且显示的图象没有失真。

Description

用于数字视频***的数字视频编码器
本发明涉及到一种如多媒体***、数字视频、数字视频光盘(DVD)、VCD、数字录像机、数字电视、摄录机(camcorder)和视频编辑器的数字视频***，尤其涉及到数字视频***中的数字视频编码器。
数字视频***中的数字视频解码器从存储媒体读取压缩的数据并将它解码，从而输出解码的数字视频信号。在数字视频编码器中，解码的数字视频信号被输入，并被分离成色度和亮度信号。响应时钟、垂直同步信号、水平同步信号和场信号分离的信号被转换成模拟复合视频基带信号(CVBS)。这个CVBS具有模拟视频数据并被传输到如CRT的显示装置上。
在数字视频***的常规数字视频编码器中，从具有4fsc(这里fsc在NTSC是3.58MHZ或者在PAL是4.43MHZ)的信号产生主要时钟。这样，根据数据通讯细则CCIR(国际无线电咨询委员会)601或656，用于常规数字视频编码器的标准数据采样时钟频率应该是27MHZ或13.5MHZ。于是，当使用常规数字视频编码器时，输入数字视频数据没有与主时钟同步并使得数据会被损害。
特别是当根据MPEG标准压缩的数字数据被恢复和显示时，根据扫描行之间连接的数据的非线性特性会产生阻塞现象。
而且当使用MPEG标准的压缩数据时，高频数据分量被去除使得在复现压缩的数据时轻微的噪声，也就是小噪声产生在显示屏幕上。
还有，因为用于屏幕显示(OSD)的芯片和用作数字视频编码器的芯片在现有技术中是分开提供的，所以相对于每一芯片的时钟应该分别产生并且当相互连接芯片时在同时要求一个OSD和一个数字视频编码器的情况下就产生了各种财政和空间问题。
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一个数字视频编码器用于数字视频***，其中使用MPEG标准压缩的数字视频数据与使用两个主时钟的主时钟中的一个同步。
本发明的另一个目的是提供一个数字视频编码器用于数字视频***，其中小噪声和阻塞现象不会发生。
本发明还有一个目的是提供一个数字视频编码器用于具有屏幕显示功能的数字视频***。
为了完成第一个目的，提供一个数字视频编码器用于数字视频***，其中编码器接收来自MPEG解码器输出的数字视频数据并输出模拟复合视频基带信号，它包括：响应第一选择信号用于有选择地输出第一和第二时钟的第一选择装置；响应第一选择装置的输出用于分离输入数字视频数据为亮度信号和色度信号的信号分离装置；亮度信号处理装置用于调节亮度信号的增益和偏置，将同步信号加到调节的亮度信号上，滤波亮度信号的低频带分量以输出作为数字亮度信号的滤波信号；色度信号处理装置用于调节色度信号的增益，内插增益调节色度信号，产生色差信号，内插产生的色差信号，滤波内插的色差信号的低频带分量，调制滤波的色差信号，因而输出作为数字色度信号的调制信号；信号合成装置用于合成数字亮度和色度信号并输出合成信号；第一数模转换装置用于转换合成的信号为模拟信号并输出转换的信号作为模拟复合视频基带信号；以及控制装置用于输出相应于输入数字视频信号的大小和输入速度的第一选择信号。
为了完成第二个目的，用于数字视频***的数字视频编码器最好还包括：行信息存储装置用于接收从信号分离装置输出的亮度和色度信号并存储各个信号的行信息；行比较装置用于将存储在行信息存储装置中的行信息与当前输入行信息比较并输出比较结果；以及行信息产生装置用于根据比较结果产生新的行信息并且分别输出作为亮度和色度信号的新的行信息到亮度和色度信号处理装置。
为了完成第三个目的，用于数字视频***的数字视频编码器最好还包括屏幕显示装置用于分别输出要被显示在屏幕上的存储的数据的亮度和色度分量并映射相应于从控制装置输入的映射地址的数据到亮度和色度处理装置。
本发明的上述目的和优点通过参照附图的优选实施例的详细描述将会变得更加明显。其中：
图1是根据本发明的数字视频编码器的方框图；以及
图2是根据本发明的优选实施例展示在图1中的数字视频编码器的方框图。
参照图1，根据本发明的数字视频编码器的组成为：一个信号分离单元10；一个第一选择器20；一个包括行信息发生器32的噪声去除单元30，一个行比较器34和一个行存储单元36；包括第一增益调节器42的色度信号处理单元40，一个偏置调节器44，一个同步信号加法器46，一个第二选择器48，和一个第一低通滤波器(LPF)50；一个包括第二增益调节器62的亮度信号处理单元60，一个第一内插器64，一个色差信号发生器66，一个第三选择器68，一个第二内插器70，一个第二LPF72和一个信号调制器74；第一、第二和第三DAC(数模转换器)分别为90、100和110；一个多路复用器112；一个包括信息存储单元122的屏幕显示单元120，一个地址存储单元124，一个映射数据输出单元126；一个控制单元142；以及一个加法器80。
信号分离单元10经过输入端子IN1接收从数字视频***的MPEG(活动图象专家组)1或MPEG2解码器输出的信号，响应第一或第二时钟CLK1或CLK2将输入视频信号分离为数字亮度信号Y和色度信号C，然后输出分离的信号。这时，输入到信号分离单元10的数据在CCIR601中是一个16位信号，而在CCIR656中是一个8位信号。这样，第一选择器20接收具有27MHz频率的第一时钟CLK1和具有13.5MHz频率的第二时钟CLK2，根据数字视频信号的大小和输入速度相应于从控制单元142输出的选择信号S1的时钟中选择一个，然后输出选择的时钟到信号分离单元10。也就是，当16位数据输入到信号分离单元10时第一选择器20选择和输出13.5MHz第一时钟而当8位数据输入到信号分离单元10时选择和输出27MHz第二时钟。
同时，噪声去除单元30去除阻塞现象和小噪声。这里，行存储单元36分别存储从信号分离单元10输出的数字亮度信号和数字色度信号的行信息在1H上(“H”是水平同步信号)。行比较器34将存储在行存储单元36中的先前行信息与从信号分离单元10直接输入的当前行信息比较并且随后输出比较结果到行信息发生器32。
行信息发生器32根据比较结果产生新的行信息并且分别输出作为数字亮度信号Y′和数字色度信号C′的新的行信息到亮度和色度信号处理单元40和60。最后，因为亮度和色度信号经过噪声去除单元30，所以行到行边沿图象得到平滑整理并且去除了噪声。
第一增益调节器42接收从行信息发生器32输出的数字亮度信号Y′，将输入数字亮度信号Y′乘以增益，该增益是由第二或第三DAC100或110或者由***所要求的输入位数来决定的，并且输出被乘后的数字亮度信号Y′。偏置调节器44给第一增益调节器42输入的信号加上一个偏置，这个偏置反映了亮度信号的同步信号电平并且随后输出结果信号。也就是说，第一增益调节器42和偏置调节器44转换亮度信号Y′的电平到NTSC或PAL电平。同步信号加法器46加上一个同步信号到偏置调节的信号上并输出结果信号到第二选择器48。
同时，在色度信号处理单元60中的第二增益调节器62接收从行信息发生器32输出的数字色度信号C′，将输入信号乘以预定增益，然后输出结果信号。第一内插器64内插从第二增益调节器62输出的信号并输出内插的信号到色差信号发生器66。色差信号发生器66接收第一内插器62的输出信号，产生色差信号Cr和Cb，然后输出色差信号到第三选择器68。
同时，在屏幕显示单元120中的地址存储单元124接收和存储从控制单元142输出的映射地址MA。映射地址输出单元126存储映射数据S2并相应于映射地址输出作为第二和第三选择器48和68的控制信号的映射数据S2。信息存储单元122存储分别相应于屏幕显示字母的亮度和彩色分量的信息D1和D2并分别输出存储的信息到第二和第三选择器48和68。
第二选择器48接收同步信号加法器46的输出和相应于屏幕显示字母的亮度分量的信息D1并且响应映射数据S2有选择地输出接收的信号中的一个到第一LPF50。第一LPF50接收和内插数字亮度信号并限制预定的高频带信号分量。第二DAC100接收低通分量在第一LPF50中滤波的数字亮度信号，转换它为模拟亮度信号，并且随后通过输出端子OUT1输出转换的信号。
相似的，第三选择器68接收色差信号和相应于屏幕显示字母的彩色分量的信息D2并且响应映射数据S2有选择地输出接收的信号中的一个到第二内插器70。从第三选择器68输出的信号被第二内插器70内插并被第二LPF72滤波。信号调制器74接收从第二LPF72输出的数字色差信号Cr和Cb并且根据NTSC或PAL使用第一和第二时钟CLK1和CLK2调制和合成输入色差信号。第三DAC110转换数字色差信号为模拟信号并通过输出端子OUT2输出转换的信号。
同时，从第一LPF50和信号调制器74输出的信号在加法器80中相加，作为复合视频基带信号输出到第一DAC90，转换为那里的模拟信号。多路复用器112接收从第一DAC110输出的模拟信号和通过输入端子IN2的外部视频信号并响应从控制单元142输出的选择信号S3通过输出端子OUT3有选择地输出接收的信号中的一个。也就是说，根据本发明的数字视频编码器同时输出模拟亮度和色度信号，因而支持了超级数字视频***。
如图2所示的数字视频编码器的组成为第一到第九多路复用器MUX1--MUX9，一个去复用器66，一个行存储器202，一个垂直滤波器200用于完成行比较器34的功能和一个如图1所示的行信息发生器32，一个第一增益单元204，一个偏置调节器206，一个同步信号发生器208，一个查询表(LUT)232，一个背景彩色表(BGCT)234，一个RAM236，一个ROM238，一个第二增益单元212，用于完成内插的功能的第一到第四滤波器214、216、220和210，一个第三增益单元218，一个缓冲器230，两个乘法器224和226，一个加法器228与一个频率发生器222一起组成一个信号调制器74。
图2的MUX1通过输入端子IN1接收数字视频信号，响应从MUX2输出的时钟分开输入信号为亮度和色度信号，并且输出分开的信号。行存储器202完成相应于行存储单元36(在图1中)的功能。垂直滤波器200用作为行比较器34和行信息发生器32(在图1中)接收存储在行存储器202的亮度和色度信号以及从MUX1输出的亮度和色度信号，滤波输入信号并分别输出滤波的亮度和色度信号到第一和第二增益单元204和212。偏置调节器206完成如图1的偏置调节器44相同的功能。
同时，输入到第二增益单元212的色度信号是具有13.5MHz采样速度的8位数据。这里，因为色度信号以13.5MHz的速度顺序地输入，所以那里每个色差信号Cr和Cb的实际数据速度是6.25MHz。在第二增益单元212具有调节的增益的数字色度信号输入到第一滤波器214并被编程使得能选择三个带宽。经过第一滤波器214的色度信号输入到DMUX66并被分离为分别输出到MUX5和MUX7的色差信号Cr和Cb。MUX5接收存储在BGCT234的背景屏幕彩色D21和色差信号Cr并响应控制信号S5有选择地输出接收的信号中的一个到MUX6。MUX7接收存储在BGCT234的背景屏幕彩色D21和色差信号Cb并响应控制信号S7有选择地输出接收的信号中的一个到MUX8。
定时发生器140接收水平和垂直同步信号HSYNC和VSYNC以及场信号FIELD并在控制单元142的控制下输出控制信号S5、S6和S7。
在控制单元142的控制下，屏幕显示单元120允许要求的字母和位置在显示屏幕那里得到编程。因此，RAM236输入和存储一个来自控制单元142输出的映射地址MA输出。ROM238响应映射地址输出一个存储在那里的对应的映射数据。LUT232存储对应于要被显示在屏幕显示(OSD)上字母的彩色和亮度的信息D22和D1。MUX6接收MUX5的输出和存储在LUT232的色度信息D22并响应来自ROM238输出的控制信号有选择地输出输入数据到第二滤波器216同样，MUX8接收MUX7的输出和存储在LUT232的色度信息D22并响应来自ROM238输出的映射数据S2有选择地输出输入数据到第三滤波器220。
第二和第三滤波器216和220内插采样速度为13.5MHz的数据到采样速度为27MHz的数据。即，来自MUX6和MUX8输出的具有13.5MHz采样速度的色差信号Cr和Cb的低频带分量分别被第二和第三滤波器216和220滤波。
也就是说，具有13.5MHz采样速度的信号被转换到具有27MHz采样速度的信号，提高了图象的分辨率。
第一乘法器224将已经在第三增益单元218被一预定增益相乘的色差信号Cr乘以sin2πfsc并输出结果给加法器228。第二乘法器226将来自第三滤波器220输出的色差信号Cb乘以cos2πfsc并输出结果给加法器228。加法器228加上第一和第二乘法器224和226的输出并输出作为彩色信号的结果给加法器80和第三DAC110。
频率发生器222接收第一时钟(13.5MHz)或第二时钟(27MHz)并根据NTSC和PAL输出一个具有对应的副载波频率(fsc)的信号。即，频率发生器222在NTSC时输出一个具有3.58MHz副载波频率的信号以及在PAL时输出一个具有4.43MHz副载波频率的信号。在加法器80相加的数字亮度和色度信号在第一DAC90被转换为一个模拟CVBS信号，与通过缓冲器230输入的一个外部模拟视频信号一起输入到MUX9。MUX9响应一个控制信号S3有选择地输出输入信号之一通过输出端子OUT3。
也就是说，根据本发明的数字视频编码器同时提供模拟亮度和色度信号以及CVBS信号使得它可以用于超级数字视频***。
同时，在同步信号相加单元46中，从同步信号发生器208输出的同步信号和从偏置调节器206输出的调节偏置的数字亮度信号被输入到MUX3。然后，MUX3响应一个控制信号S6有选择地输出那里的输入信号之一，控制信号S6相对于原始同步信号一个预定时间周期的延时是补偿并且也是一个视频信号的同步信号。即，响应一个控制信号S6在同步周期期间MUX3输出到MUX4来自同步信号发生器208输出的信号并且在其他时间周期期间输出到MUX4具有一个调节的偏置的数字亮度信号。MUX4接收MUX3的输出和来自LUT232输出的亮度信息D1并响应来自ROM238输出的映射数据S2有选择地输出那里的输入信号之一到第四滤波器210。因此，第四滤波器210内插一个亮度分量并限制一个预定频带分量。第二DAC100接收第四滤波器210的输出，转换接收的信号为一个模拟信号，并通过输出端子OUT1输出转换的模拟亮度信号。
同时，图1的噪声去除单元30在控制单元142的控制下有选择地工作。
如上面描述的，根据本发明用于数字视频***的数字视频编码器具有下面的优点。第一，因为一个数字视频信号采用一个单一时钟调制以产生一个复合视频基带信号，所以同步很容易完成。第二，数字视频编码器完成屏幕显示功能，制造成本降低了并且将显示在屏幕上的字母可以是各种颜色。第三，因为在数字视频编码器中的小噪声(mosquito noise)被去除，所以产生了高质量的图象。第四，因为防止了视频信号行之间的阻塞现象，显示的图象没有失真。

Claims (9)

1.用于数字视频***的数字视频编码器，其中编码器接收来自MPEG解码器输出的数字视频数据并输出一个模拟复合视频基带信号，包括：
用于响应第一选择信号有选择地输出第一和第二时钟的第一选择装置；
用于响应所述第一选择装置的输出分离所述输入数字视频数据为亮度信号和色度信号的信号分离装置；
用于调节所述亮度信号的增益和偏置，相加同步信号与所述调节的亮度信号，以及滤波所述亮度信号的低频带分量并输出滤波的信号作为数字亮度信号的亮度信号处理装置；
用于调节所述色度信号的增益，内插所述调节增益的色度信号，产生色差信号，内插所述产生的色差信号，滤波所述内插的色差信号的低频带分量，以及调制所述滤波的色差信号，并由此输出调制的信号作为数字色度信号的色度信号处理装置；
用于合成所述数字亮度和色度信号并输出所述合成信号的信号合成装置；
用于转换所述合成的信号为模拟信号并输出所述转换的信号为所述模拟复合视频基带信号的第一数模转换装置；以及
用于对应于所述输入数字视频信号的大小和输入速度输出所述第一选择信号的控制装置。
2.如权利要求1所述的用于数字视频***的数字视频编码器，其中所述亮度信号处理装置包括：
用于调节来自所述信号分离装置输入的所述亮度信号的增益的第一增益调节装置；
用于调节所述调节增益的亮度信号的偏置的偏置调节装置；
用于相加所述同步信号与所述调节偏置的亮度信号的同步信号相加装置；以及
用于滤波已加上所述同步信号的所述亮度信号的低频带分量并输出滤波的信号作为所述数字亮度信号的第一低通滤波器。
3.如权利要求1所述的用于数字视频***的数字视频编码器，其中所述色度信号处理装置包括：
用于调节来自所述信号分离装置输入的所述色度信号的增益的第二增益调节装置；
用于内插所述调节增益的色度信号的第一内插装置；
用于接收所述内插的色度信号并产生所述色差信号的色差产生装置；
用于内插所述色差信号的第二内插装置；
用于接收所述第二内插装置的输出并滤波其低频带分量的第二低通滤波器；以及
用于接收和调制所述第二低通滤波器的输出由此输出所述调制的信号作为所述数字色度信号的信号调制装置。
4.如权利要求1所述的用于数字视频***的数字视频编码器，还包括：
用于转换来自所述亮度信号处理装置输出的所述数字亮度信号为模拟信号并输出所述转换的模拟亮度信号的第二数模转换装置；以及
用于转换来自所述色度信号处理装置输出的所述数字色度信号为模拟信号并输出所述转换的模拟色度信号的第三数模转换装置。
5.如权利要求1所述的用于数字视频***的数字视频编码器，还包括：
用于接收来自所述信号分离装置输出的所述亮度和色度信号并存储所述对应信号的行信息的行信息存储装置；
用于比较存储在所述行信息存储装置的所述行信息与当前输入的行信息并输出所述比较的结果的行比较装置；以及
用于根据比较的结果产生新的行信息并分别输出所述新的行信息作为所述亮度和色度信号给所述亮度和色度信号处理装置的行信息产生装置。
6.如权利要求1所述的用于数字视频***的数字视频编码器，还包括用于输出将被显示在屏幕上的存储数据的亮度和色度分量并对应于来自所述控制装置输入的映射地址分别映射数据到所述亮度和色度处理装置的屏幕显示装置。
7.如权利要求6所述的用于数字视频***的数字视频编码器，其中所述亮度信号处理装置还包括用于响应所述映射数据有选择地输出将被显示在屏幕上的所述输入数据和已经加上所述同步信号的所述亮度信号的第二选择装置，其中所述第二选择装置的输出的低频带分量被滤波。
8.如权利要求6所述的用于数字视频***的数字视频编码器，其中所述色度信号处理装置还包括用于响应所述映射数据有选择地输出将被显示在屏幕上的所述输入数据和所述色差信号的第三选择装置，其中来自所述第三选择装置输出的所述信号被内插。
9.如权利要求6所述的用于数字视频***的数字视频编码器，其中所述屏幕显示装置包括：
用于存储将被显示在屏幕上的所述数据的所述亮度和色度分量的信息存储装置；
用于存储所述映射地址的装置；以及
用于响应所述输入映射地址分别输出所述存储的映射数据到所述亮度和色度信号处理装置的映射数据输出装置。
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