pal制彩色全电视信号数字解码研究与实现

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1、PAL制彩色全电视信号数字解码研究与实现牟亚南1，陈金鹰1，杨敏1，魏万迎2（1.成都理工大学信息科学与技术学院，四川成都610059；2.成都大学电信学院，四川成都610106）摘要：针对数字电视昂贵的收费标准以及开机繁琐等问题，提出用数字方法解决模拟视频解码后出现的亮色串扰以及色度畸变现象，利用高速FPGA硬件采集系统将模拟视频转换成数字视频流并存储，通过自适应2D梳状滤波器分离出亮度和色度信号，同时为了保证解调出的红蓝色差信号不失真，采用Costas环同步色度副载波。该方法在Matlab上仿真

2、解码后不仅提高了图像质量，而且解决了模拟电视亮度不清晰，色度不饱和等问题，使用户观看模拟电视时临场感增强。.jyqking（1）式中：Y,U,V分别为亮度信号和两个压缩色差信号。图1为PAL制视频数字解码系统框图，该系统包括FPGA硬件实现部分和Matlab软件实现两个部分。彩色视频流经过模拟钳位和自动增益控制前端电路[4]得到稳定的消隐电平和增益相同的信号，再通过ADC转换为数字信号存储在FPGA寄存器中，利用串口将FPGA处理过的数字图像上传到上位机，通过Matlab仿真软件对数字图像进行同步检

3、测和提取，利用2D自适应梳状滤波器分离出亮度和色度信号的同时采用色同步脉冲选出色同步载波，再对色度信号进行解调，最后通过RGB转换和插值恢复原图像。其中，ADC具有较高的采样速率，为了实现采样速率和串口速率的匹配，需将A/D转换的视频流存放到异步先进先出寄存器FIFO中进行缓存。对于异步FIFO的配置主要是将写时钟和A/D的采样时钟设置为一致，读时钟和串口的发送时钟一致，保证数据传输的完整性和稳定性[5]。2亮色分离色度差信号频谱间置在亮度频谱间隙中，因此利用梳状滤波器梳齿状特性能够分离出图像信号的

4、亮度和色度部分。目前常用两行或三行梳状滤波器进行亮色分离[6]，下面对2D?2L，2D?3L是如何实现亮色分离进行分析。2.12D?2L梳状滤波器PAL制中，亮度信号和色度信号通过频谱交错混叠在一起，并采用逐行倒相方式，则有每隔一行对应位置上的色副载波相位必然相反。假设图像相邻行内容之间有比较强的相关性，即数值相差较小，通过两行信号相加减可分离出YC信号。2.22D?3L梳状滤波器但是不管实际图像处于动态或静止，相邻两行图像内容的差异性是不确定的。但是根据大面积着色原理可知，相邻三行图像不可能都存在

5、差异性，定有其中两行差异性较小，此时需对2D?2L滤波器进行改进得到2D?3L梳状滤波器，再利用2H延迟分离出YC信号。对于上述两种梳状滤波器，主要是根据图像行之间的相关性分离出亮度信号。但是实际的彩色图像中，彩色细节的分辨率很高，若只对行进行处理，忽略图像垂直方向的相关性，定会造成亮度色度信号高次谐波的混叠。若要解决垂直方向变化较大的彩色图像需采用3D梳状滤波器[7]，但其算法实现起来较复杂，同时对硬件的要求较高，综合多种因素本文采用改进型2D自适应梳状滤波进行亮色分离，实现起来较容易并能够得到较

6、清晰的亮度信号。2.3自适应梳状滤波器模型及分析2D自适应梳状滤波主要通过逻辑运算来判断图像相邻三行之间的相关性[8]，改进模型如图2所示。根据改进自适应系统框图，视频解码输入端的数据流（Y+C）经过2H延迟得到（Y-C）反相信号，一方面原数据流与反相信号相加有亮度信号2Y1，接着经过一个0.5倍乘法器得到Y1，最后有Y′1是通过每行点阵乘以相应的权值系数得到的；另一方面反相信号与其2H延迟后的信号相加得到Y′2，再通过式（6）得到Y：若行之间的相关性很小，直接利用带通滤波器选出亮度信号。当PAL制

7、隔行扫描时，将逻辑相关运算器图像当前行与前后两行内容作比较，与表1作对比判断三行内容之间的相关性，提供给多路选通器（MUX），再根据权值系数动态地选择2D?2L或2D?3L梳状滤波器。表1给出了图像行信号之间相关性的判定，当b1与b2均为零时，即图像当前行与上下两行信号内容几乎相等，相关程度最高，采用2D?3L梳状滤波器能够很好地分离出亮度信号，此时令k1=k2=0.5；当b1=0，b2≠0（或b1≠0，b2=0）时，即当前行与上一行信号相关性较大，与下一行信号有较大的变化（或反之），适用于2D?2

8、L梳状滤波器特性，可令k1=1,k2=0(或k1=0,k2=1)；若b1≠0且b2≠0，即当前行与上下两行均有较大的变化，图像的相关性差，此时采用逆相关运算。3色度解调自适应梳状滤波器分离出色度信号后，利用色同步信号解调两个压缩色差信号。只有当解调出的色同步载波与发送端的基准载波同频同相时，才能保证接收端彩色图像颜色不失真。本文采用Costas锁相环恢复色度副载波[9]，原理框图如图3所示。当输入的色同步信号进入Costas环时，首先同NCO输出的本地同相、正交信号相