KR0157897B1 - 디지탈 노치 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지탈 노치(Notch) 필터에 관한 것으로, 종래에는 각 전송방식에 대해 색부반송파의 위치가 다르므로 각기 필터를 구현하여 색신호를 제거하여야 하는 문제점이 있었다. 이러한 점을 개선하기 위하여 본 발명은 서로 다른 색부반송파를 갖는 NTSC 방식, PAL 방식 및 SECAM 방식에 대해서는 각 방식에 따른 유동적인 트랩 특성을 갖고, S-VHS 신호에 대해서는 색신호가 존재하지 않아 단지 이득만을 조절할 수 있도록 창안한 것으로, 본 발명은 각각 다른 주파수에 색부반송파를 갖는 NTSC, PAL, SECAM 의 영상신호방식에 대하여 위치 조절 변수(α) 값을 조정함에 따라 트랩위치를 조절하여 색신호를 제거할 수 있고 또한, 이득 조절 변수(β) 값의 조절에 따라 휘도 신호 처리시 기본 이득을 조정할 수 있다.

Description

디지탈 노치(Notch) 필터
제1도는 종래의 색신호 제거에 따른 주파수 특성 곡선.
제2도는 본 발명의 디지탈 노치(Notch) 필터의 주파수 특성 곡선.
제3도는 주파수 위치 조절에 따른 트랩 주파수의 특성 곡선.
제4도는 본 발명의 디지탈 노치(Notch) 필터의 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101,104,108 : 증폭기 102,103,105,106 : 지연기
107, 109 : 멀티플렉서 110,111 : 덧셈기
본 발명은 색신호 제거 기술에 관한 것으로, 특히, 티브이(TV)에서 서로 다른 방송 방식에 대해서는 유동적인 트랩 특성을 갖도록 하여 색식호 성분을 제거할 수 있도록 한 디지탈 노치(Notch) 필터에 관한 것이다.
통상적으로 흑백 텔레비젼 신호나 S-VHS 신호의 경우에는 색신호 성분이 포함되어 있지 않지만 컬러 방식의 경우에는 색신호 성분이 포함되어 있다.
그리고, 컬러방식에 따른 색차 신호의 전송 방식에는 NTSC 방식, PAL 방식 및 SECAM 방식이 있다.
상기 NTSC 방식은 I,Q색찬 신호를 직교, π/2 위상 변조로 3.579545 MHz의 색부반송파를 진폭 변조하여 전송한다.
상기 PAL 방식은 색차신호(R-Y, B-Y)를 R-Y에 대해서는 주사선마다 색부반송파의 극성을 반전시켜 직교, π/2 위상 변조로 4.433618MHz의 색부 반송파를 진폭 변조하여 전송한다.
상기 SECAM 방식은, 색차신호｛R-Y(DR), B-Y(DB)｝를 2개의 서로 다른 색부반송파(fOR=4.40625MHz, fOB=4.25MHz)로 주파수 변조하여 선순차 방식으로 전송한다.
따라서, 컬러 티브이(TV)에서는 해당 전송방식으로 전송된 비디오 신호에서 색차신호를 추출하여 색 신호를 재생하게 된다.
이때, 휘도 신호에 색부반송파가 실려 있으면 점상의 휘도 변화가 발생하여 재생영상에 잡음으로 나타나게 된다.
이러한 잡음을 감소시키기 위하여 각 전송방식의 시스템에서는 색부반송파에 실려있는 색신호 성분을 제거할 필요가 있으며, 저역에 대해서는 15~16dB 이상 감쇠시키게 된다.
즉, NTSC 방식에서는 제1도(1)와 같이 3.579545MHz의 주파수에서 색신호 트랩(trap) 주파수 특성을 형성하는 노치(Notch) 필터를 사용하고, PAL 방식에서는 제1도(2)와 같이 4.4361MHz의 주파수에서 색신호 트랩 주파수 특성을 형성하는 노치(Notch) 필터를 사용한다.
그리고, SECAM 방식에서는 고정된 주파수 특성으로 인해 정확한 트랩이 형성되지 않고 제1도(3)와 같이 2개의 서로 다른 색부반송파(fOR, fOB)가 존재하므로 두 색부반송파 사이(4.286MHz)에 중심이 위치하는 벨(bell)형 필터를 사용한다.
따라서, 종래에는 각 전송 방식에 대해 각각의 필터를 구현하여 색신호를 제거하여야 하는 불편함이 있었다.
본 발명은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 서로 다른 색부반송파를 갖는 NTSC방식, PAL 방식 및 SECAM 방식에 대해서는 각 방식에 따른 유동적인 트랩 특성을 갖고, S-VHS 신호에 대해서는 색신호가 존재하지 않아 단지 이득만을 조절할 수 있도록 창안한 디지탈 노치(Notch) 필터를 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 디지탈 노치(Notch) 필터는 제4도에 도시한 바와 같이, 비디오 입력 신호를 소정 이득(β/2)(α)(β/2)으로 각기 증폭하는 증폭기(101)(104)(108)와, 상기 증폭기(101)의 출력을 순차적으로 지연시키는 지연기(102)(103)와, 상기 증폭기(104)의 출력을 순차적으로 지연시키는 지연기(105)(106)와, 제어신호(S0)에 의해 트랩처리하는 경우 상기 지연기(105)의 출력을 선택하고 트랩처리를 하지 않는 경우 상기 지연기(103)의 출력을 선택하는 멀티플렉서(107)와, 제어시호(S1)에 의해 트랩처리하는 경우 상기 증폭기(108)의 출력을 선택하고 트랩 처리하지 않는 경우 상기 지연기(106)의 출력을 선택하는 멀티플렉서(109)와, 이 멀티플렉서(109)의 출력과 상기 지연기(103)의 출력을 합산하는 덧셈기(110)와, 이 덧셈기(110)의 출력과 상기 멀티플렉서(107)의 출력을 합산하여 색신호가 제거된 신호를 출력하는 덧셈기(111)로 구성한다.
이와같이 구성한 본 발명의 동작 및 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서는, NTSC, PAL, SECAM의 영상 신호 방식에서의 색부반송파 위치에서 정확한 트랩을 형성하는 주파수 특성을 얻기 위하여 각 영상 신호 방식에 따라 트랩되는 위치를 조절하기 위한 변수(α)와 저역의 이득을 조절하기 위한 변수(β)를 두었다.
먼저, 제1도의 진폭 특성은 식(1)로 나타낼 수 있는데, 위치 조절 변수(α)에 다른 트랩위치는 식(1)을 0으로 설정함에 의해 식(2)와 같이 된다.
이때, CCIR 601 권고안에 따라 각 방식에서 샘플링 주파수는 13.5MHz를 사용하고, 저역(ω)에서의 이득을 6dB 정도 보상하기 위해 이득 조절변수(β)를 2라고 가정할 때 전체 이득은 (2+α)가 되고 위치조절변수(α)에 따라 트랩(trap)되는 주파수의 관계는 제3도와 같다.
즉, 제3도(1)는 PAL방식에서 색부반송파가 트랩되는 주파수 특성을 나타내고, 제3도(라)는 NPSC방식에서의 색부반송파가 트랩되는 주파수 특성을 나타낸다.
그리고, 제3도(2)(3)는 SECAM 방식에서 각각 선순차 방식으로 전송되는 DR(R-Y), DB(B-Y)의 색부반송파에 대한 트랩 주파수 특성을 나타낸다.
따라서, 이득 조절변수(β)가 2라면 각 신호 방식의 색부반송파에서 트랩을 형성할 때 위치조절변수(α)의 값은 다음과 같다.
PAL방식 : α=0.946018..., ftrap=4.43362MHz
SECAM 방식 : DR(R-Y) ; α = 0.923497..., ftrap=4.40625MHz
DB(B-Y) ; α = 0.792159..., ftrap=4.25MHz
NTSC 방식 : α=0.90111..., ftrap= 3.57954MHz
이때, 상기 식(1)의 진폭 특성에 대한 임펄스 응답은 식(3)과 같고 전달함수는 식(4)와 같다.
상기 식(3)에 대한 임펄스 응답을 구하면 제5도의 표와 같다.
그리고, 상기 식(4)를 필터의 인과성을 만족시키기 위해 시간축 상에서 소정시간(T)만큼 이동시키면 즉, z-1을 곱하면 식(5)와 같다.
또한, S-VHS 신호에 대한 전달함수는 색신호를 포함하지 않아 고역을 증폭함이 없이 단지 지연만을 조절하므로 식(6)와 같다.
즉, 단지 트랩 필터로 동작할 때의 DC 이득에 해당하는 크기로 증폭만을 수행하여 휘도 신호 처리시 휘도 신호의 출력범위를 일치시키게 된다.
그러나, 실제 디지탈필터는 시스템에 적용된 마이크로 프로세서, 시그널 프로세서, 연산 회로 또는 메모리의 어장(wordlength)의 유한성 때문에 수학적으로 해석된 경우와는 달리 유한 어장으로 수치를 표현하며, 이 과정에서의 트렁케이션(truncation)이나 라운딩(rounding)에 기인하는 특성 열화가 발생하는데, 이 특성 열화 중의 한가지가 필터 계수의 양자화에 기인하는 필터 출력의 오차이다.
즉, 디지탈 신호처리를 행함에 있어 양자화 오차는 불가피하며, 유한어장의 디지탈 필터를 구현하는 경우 오차의 허용 범위 내에서 계수를 양자화해야 한다.
따라서, 계수 양자화에 기인하는 오차의 크기는 계수 양자화 비트 수와 필터 차수의 인자로부터 식(7)(8)과 같이 구해짐이 통계학적인 방법으로부터 얻어지며, 최대 허용 오차에 대하여 요구되는 계수 양자화 비트수(B)를 구할 수 있다.
예를 들어, 이득 조설변수(β)를 2라고 할 때 PAL 방식의 위치 조절변수(α)의 값은 10진수의 경우 (0.946018)10이고 2진수의 겨우 (0.1111 0010 0010 ...)2이며, 필터의 차수는 식(5)(6)에서 3이다.
또한, 식(7)에서 |E(ω)|의 크기가 0.001이면 즉, 계수양자화에 의해 나타나는 주파수 응답의 크기를 최대 -60dB로 허용한다면 계수양자화비트수(B)는 약 9.966인 값을 갖는다.
그리고, 계수(α)(β)는 최소 10비트로 양자화되어야 한다.
따라서, 10진수의 경우 (0.946018...)10인 (α)값은 10비트의 2진수값인 (0.1111001000)2를 사용하며 그때의 계수 양자화에 기인하는 오차는 0.001(또는 -60dB)보다 작게 된다.
상기 계수 양자화로부터 2진수로 표현된 위치조절 변수(α)와 이득 조절변수(β)의 값은 멀티플렉서 등을 이용하여 여러 값을 선택할 수 있다.
상기와 같은 특성을 갖는 본 발명은 식(5)(6)의 전달함수를 회로로 구현하면 제4도와 같다.
본 발명의 필터에 색신호를 포함하는 복합 영상 신호(CVBS) 또는 색신호를 포함하지 않는 S-VHS 신호가 입력되면 증폭기(101)(108)에서 임의의 이득(β/2)으로 증폭되고 증폭기(104)에서 임의의 이득(α)로 증폭되어진다.
상기에서 이득 조절 변수(β)는 휘도 신호 처리에서 요구되는 저역에서의 이득을 조절하는데 사용되고, 위치 조절 변수(α)는 트랩 주파수의 위치를 조절하기 위한 변수이다.
이때, 증폭기(101)의 출력 신호는 지연기(102)(103)를 통해 순차적으로 지연된 후 멀티플렉서(107) 및 덧셈기(110)에 출력되고, 증폭기(104)의 출력 신호는 지연기(105)(106)에서 순차적으로 지연된 후 멀티플렉서(109)에 출력된다.
그리고, 지연기(105)의 출력신호는 상기 멀티플렉서(107)에 출력되고 증폭기(108)의 출력 신호는 멀티플렉서(109)에 출력되어진다.
이에 따라, 각 멀티플렉서(107)(109)는 각각의 제어신호(S0)(S1)에 따라 입력신호가 복합 영상 신호(CVBS)인지 또는 S-VHS 신호인지를 구별하여 색신호 제거를 위한 트랩처리 여부를 결정하게 된다.
상기 멀티플렉서(107)가 제어신호(S0)에 의해 지연기(105)의 출력신호를 선택하고 멀티플렉서(109)가 제어 신호(S1)에 의해 증폭기(108)의 출력 신호를 선택하면 트랩 처리를 수행하는 경우로써 덧셈기(110)는 지연기(103)의 출력과 상기 멀티플렉서(109)의 출력을 합산하고 덧셈기(111)는 상기 합산값에 상기 멀티플렉서(107)의 출력을 합산하게 된다.
이러한 동작에 의한 전달 함수는 식(5)와 같다.
즉, 이득 조절 변수(β)의 값은 저역에서의 요구 이득에 따라 고정된 값을 갖도록 하고, 위치 조절 변수(α)의 값은 영상신호 방식에 따라 조정되도록 하면 서로 다른 위치에 색부반송파를 갖는 영상신호 방식에 따라 색신호 제거 동작을 수행하게 된다.
따라서, 덧셈기(111)의 출력신호는 각 신호 방식에서 위치 조절 변수(α)의 값에 따라 지정된 색부반송파에서의 급격한 감쇠 특성으로 인하여 휘도 신호 성분만이 출력된다.
그리고, 멀티플렉서(107)가 제어 신호(S0)에 의해 지연기(103)의 출력을 선택하고 멀티플렉서(109)가 제어 신호(S1)에 의해 지연기(106)의 출력을 선택하면 트랩 처리를 수행하지 않는 경우로써 덧셈기(110)가 상기 지연기(103)의 출력과 상기 멀티플렉서(109)의 출력을 합산하고 이 합산값에 덧셈기(111)가 상기 멀티플렉서(107)의 출력을 합산하여 DC이득에 해당하는 크기로 증폭만을 수행함에 의해 휘도 신호의 출력 범위를 일치시키게 된다.
이러한 동작에 의한 전달 함수는 식(6)과 같다.
결과적으로 저역에서의 기본적인 이득(β)을 설정하고 식(2)로부터 트랩 위치에서의 변수(α)를 얻어 연산을 수행하면 임의의 주파수에서 트랩을 형성하는 주파수 특성을 얻을 수 있으므로 NTSC, PAL, SECAM 방식의 각영상 신호 및 S-VHS 신호에 대하여 트랩 주파수의 위치 및 저역에서의 기본 이득 조정이 가능하게 된다.
상기에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 각각 다른 주파수에 색부반송파를 갖는 NTSC, PAL, SECAM의 영상 신호 방식에 대하여 위치 조절변수(α) 값을 조정함에 따라 트랩 위치를 조절하여 색신호를 제거할 수 있고 또한, 이득 조절 변수(β) 값의 조절에 따라 휘도 신호 처리시 기본이득을 조정할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은 디지탈 티브이나 컴퓨터와 같이 영상 기기에서 각 신호 방식으로 복합 영상 신호로부터 색신호를 제거하여 휘도 신호를 분리하는 회로에 적용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 비디오 입력 신호를 임의의 이득으로 증폭하는 제1-제3 증폭기와, 상기 제1증폭기의 출력을 순차적으로 지연시키는 제1, 제2 지연기와, 상기 제2 증폭기의 출력을 순차적으로 지연시키는 제3, 제4지연기와, 제어신호(S0)에 따라 상기 제2 지연기와 제3 지연기의 출력 중 하나를 선택하는 제1 멀티플렉서와, 제어 신호(S1)에 따라 상기 제4 지연기와 제3 증폭기의 출력 중 하나를 선택하는 제2 멀티플렉서와, 이 제2 멀티플렉서의 출력과 상기 제2 지연기의 출력을 합산하는 제1 덧셈기와, 이 제1 덧셈기의 출력과 상기 제1 멀티플렉서의 출력을 합산하는 제2 덧셈기로 구성한 것을 특징으로 하는 디지탈 노치(Notch) 필터.
  2. 제1항에 있어서, 제1, 제3 증폭기는 동일한 이득(β/2)을 갖는 것을 특징으로 하는 디지탈 노치(Notch) 필터.
  3. 제1항에 있어서, 제2 증폭기는 위치 조절 변수(α)를 이득으로 갖는 것을 특징으로 하는 디지탈 노치(Notch) 필터.
  4. 제1항에 있어서, 제1, 제2 멀티플렉서는 트랩 처리의 경우 제3 지연기와 제3 증폭기의 출력을 각기 선택하도록 하고, 트랩 처리가 아닌 경우 제2, 제4 지연기의 출력을 각기 선택하도록 하여 아래와 같은 전달 함수를 갖도록 구성한 것을 특징으로 하는 디지탈 노치(Notch) 필터.
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