專利名稱：：對稱地減少m位數(shù)字信號(hào)的n個(gè)最低有效位的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的位數(shù)減少，尤其是對稱地減少數(shù)字信號(hào)的若干最低有效位的裝置。目前應(yīng)用中通常使用的裝置需要在調(diào)制信號(hào)中不趨向引入DC分量而降低數(shù)字信號(hào)的最低有效位位數(shù)，該信號(hào)處理過程涉及這里將要提到的數(shù)字信號(hào)的“對稱截位”或“對稱舍位”或“對稱位減少”。在數(shù)字信號(hào)的處理過程中，一個(gè)信號(hào)會(huì)經(jīng)過各種運(yùn)算，如加法、減法及其它代數(shù)運(yùn)算。這些運(yùn)算的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生比原始數(shù)據(jù)位更多的位數(shù)。例如兩個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)相加，由于可能有“進(jìn)位”產(chǎn)生，所以其和可能是九位二進(jìn)制數(shù)。同樣在減法運(yùn)算中，由于有“借位”產(chǎn)生，則兩數(shù)之差也會(huì)比原始數(shù)據(jù)位數(shù)多。問題是隨著更多的運(yùn)算過程被執(zhí)行，電路元器件必須處理越來越多的位數(shù)，這樣會(huì)導(dǎo)致處理過程的成本提高、復(fù)雜度增高以及傳送借位或進(jìn)位所帶來的潛在的定時(shí)問題。為了將電路約定在可以管理的規(guī)模內(nèi)，經(jīng)常采用舍棄LSB的方法，如將二進(jìn)制數(shù)字截位。傳統(tǒng)的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)“截位”是指舍棄若干二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的最低有效位(LNB)。然而，這種簡單的截位會(huì)導(dǎo)致在被截位的正數(shù)和被截位的負(fù)數(shù)之間造成不對稱。正數(shù)的截位會(huì)使得數(shù)字趨于零而負(fù)數(shù)的截位會(huì)使得數(shù)字更趨于負(fù)。例如將峰值為正數(shù)13或負(fù)數(shù)13的十進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字并且對其二進(jìn)制數(shù)字舍位，通過簡單的舍棄兩個(gè)LSB，對應(yīng)于正數(shù)和負(fù)數(shù)得到相應(yīng)的結(jié)果是+3和-4?，F(xiàn)在假定原始信號(hào)(正數(shù)13和負(fù)數(shù)13)表示的是對應(yīng)于正弦曲線的數(shù)字信號(hào)的峰值，中心值是0電壓?？梢悦黠@地看到這種通過舍棄一個(gè)信號(hào)的LSB的簡單舍位方法會(huì)使被舍位的信號(hào)產(chǎn)生“偏移”或直流(DC)成分或飄移。在某些應(yīng)用中，這種DC飄移對于平均幅值或峰值信號(hào)電平是不重要的。然而，在其它系統(tǒng)中，這種不對稱的舍位會(huì)導(dǎo)致我們不期望的結(jié)果，所以必須避免。對于前述采用傳統(tǒng)舍位方法帶來的問題，一種解決方案在美國專利號(hào)4,589,084中被描述，其名稱為“關(guān)于使用間隔正交信號(hào)實(shí)現(xiàn)對稱地將以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示的二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行舍位的裝置”(APPARATUSFORSYMMETRICALLYTRUNCATINGTWO′SCOMPLEMENTBINARYSIGNALSASFORUSEWITHINTERLEAVEDQUADRATURESICNALS)，該專利申請日期是1986年5月13日。在該專利所述裝置中，二進(jìn)制補(bǔ)碼以對稱方式被舍位，所以這種對稱地舍位正數(shù)和負(fù)數(shù)在對稱地被舍位后的值都趨于零。關(guān)于二進(jìn)制補(bǔ)碼的標(biāo)志位，裝置通過簡單地舍棄N個(gè)LSB來舍去正值。當(dāng)標(biāo)志位表示該數(shù)是負(fù)數(shù)時(shí)，N個(gè)LSB要與加到負(fù)數(shù)二進(jìn)制數(shù)的剩下(M-N)位的LSB上的結(jié)果相或。本發(fā)明可以直接滿足用簡單方法對稱地減少數(shù)字信號(hào)的最低有效位。按照本發(fā)明所述，用于減少M(fèi)位輸入信號(hào)中N位最低有效位的裝置包括一個(gè)全加器，用于將M位輸入信號(hào)、其中的MSB和整數(shù)K相加產(chǎn)生一個(gè)和信號(hào)；一個(gè)截位器，用于將和信號(hào)截去N位從而使輸出信號(hào)對稱地舍位，輸出的信號(hào)減少N個(gè)LSB。本發(fā)明前述的和進(jìn)一步的特征將參照附圖予以說明，其中相同的部件采用相同的參考號(hào)。圖1是按照本發(fā)明所述的對稱的舍位的裝置的框圖，本發(fā)明選用的實(shí)施例是將數(shù)字混合視頻信號(hào)分解為亮度和色度分量；圖2是采用簡單截位使二進(jìn)制數(shù)字位減少的傳統(tǒng)方法的框圖，這種傳統(tǒng)方法會(huì)使被截位后的信號(hào)中產(chǎn)生不期望的DC偏移；圖3是按照本發(fā)明的一個(gè)特征，將圖1中對稱舍位的裝置改進(jìn)后的框圖，改進(jìn)裝置改變了對稱區(qū)域的寬度；圖4A-4D是濾波器的示意圖，該圖顯示的是圖1中所示的混合視頻信號(hào)的分離操作；圖5是按照本發(fā)明的進(jìn)一步描述，采用帶有符號(hào)值算術(shù)運(yùn)算的對稱減少二進(jìn)制位數(shù)的方法將數(shù)字混合視頻信號(hào)分解為亮度和色度分量的具體實(shí)例的框圖；圖6為在音頻信號(hào)處理過程中具有限位器的寬對稱舍位方式的框圖。表1是象素空間表，該表表示對如圖1所示裝置假定有五個(gè)輸入混合視頻信號(hào)的情況；表2是一張由表1演化來的表，表示的是按照表1假定的有五個(gè)輸入信號(hào)的情況下，梳形濾波器的輸出信號(hào)包括垂直分量和色度分量的值；表3是由表2演化的表，表示的是如圖1所示的裝置中，從垂直分量中分離的色度分量的信號(hào)在進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)位減少之前的值；表4是由表3演化而來的一張象素表，表示通過如圖2所示的直接截位操作后產(chǎn)生的分離的色度信號(hào)值；表5是由表4演化而來的亮度信號(hào)表，表示按照圖4設(shè)定的五個(gè)輸入信號(hào)在假定經(jīng)過圖2所示的直接截位操作后亮度的信號(hào)值；表6是由表3演化而來的一張象素表，表示如圖1所示的發(fā)明實(shí)施例中經(jīng)過二進(jìn)制位數(shù)減少后產(chǎn)生的分離的色度信號(hào)值；表7是由表6演化而來的亮度信號(hào)表，表示按照圖4設(shè)定的五個(gè)輸入信號(hào)，在采用圖1例中對稱的減少二進(jìn)制位數(shù)的方式獲得的亮度信號(hào)值；表8是一張傳輸函數(shù)表格，表示如圖1所示的例子中，在舍去2位二進(jìn)制數(shù)位的情況下關(guān)于一個(gè)對稱點(diǎn)分布五個(gè)零點(diǎn)的“寬”對稱舍位方式；表9是一張傳輸函數(shù)表格，表示如圖1所示的例子中，舍去2位二進(jìn)制數(shù)位的情況下關(guān)于一個(gè)對稱點(diǎn)(POS)有三個(gè)零點(diǎn)的“窄”對稱舍位方式；圖1所示為一個(gè)應(yīng)用實(shí)例，即對稱的“舍位”或“減少二進(jìn)制數(shù)位”單元100A，該單元100A通過將混合視頻輸入信號(hào)分解為亮度和色度分量的應(yīng)用具體體現(xiàn)了本發(fā)明。圖1中的混合視頻信號(hào)分離器10包括一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器14，該模/數(shù)轉(zhuǎn)換器14有一個(gè)輸入端12用于接收要被分解成亮度和色度分量的模擬混合視頻輸入信號(hào)，該模/數(shù)轉(zhuǎn)換器14還有一個(gè)輸出端用于產(chǎn)生數(shù)字混合視頻(CV)輸出信號(hào)；需要說明的是，該輸出信號(hào)具有8比特分辨率。為了說明起見，假定混合視頻信號(hào)符合NTSC標(biāo)準(zhǔn)，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率是色彩副載波頻率的四倍。在這些條件下，每個(gè)完整的色彩周期有四個(gè)樣本間隔，每兩個(gè)樣本間隔時(shí)間等于半個(gè)色彩周期，所以每一行總共有910個(gè)采樣點(diǎn)。圖1中做圖習(xí)慣是在線上用一個(gè)45°的斜杠作標(biāo)記并且在斜杠旁有一個(gè)數(shù)字，斜杠表示這條線是總線而數(shù)字表示總線導(dǎo)線(數(shù)字也表示每次采樣二進(jìn)制位數(shù))。轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式以后，混合視頻信號(hào)CV被加到一對線性數(shù)字濾波器20和30從而從混合視頻信號(hào)CV中分離出色度分量C。濾波器20是單線(1-H)梳形濾波器，其中混合視頻信號(hào)直接加到減法器24的被減數(shù)輸入端26(+)，同時(shí)混合視頻信號(hào)通過單線(1-H)延遲(如，910個(gè)采樣間隔或時(shí)鐘周期)18加到減法器24的減數(shù)輸入端22(-)。通過從未延遲的混合視頻信號(hào)中減去延遲后的混合視頻信號(hào)，減法器產(chǎn)生如圖4A(未按規(guī)格)所示具有周期性帶通響應(yīng)的梳形濾波器響應(yīng)曲線。圖4A所示梳形濾波器響應(yīng)曲線，峰值出現(xiàn)在半個(gè)水平行頻(linerate)的奇數(shù)倍處(如Fh/2，3Fh/2，5Fh/2等)而零點(diǎn)出現(xiàn)在行頻的整數(shù)倍(如Fh，2Fh，3Fh等)。該響應(yīng)使得從混合視頻信號(hào)CV中復(fù)原二個(gè)信號(hào)。在色彩副載波頻率的中心頻率點(diǎn)上，梳形濾波器的輸出信號(hào)主要包括基本上從亮度分量中分開的色度分量(C1)。在低于色度信號(hào)頻帶的低帶邊緣的頻率處，梳形濾波器的輸出是常被稱作亮度信號(hào)的垂直分量(VD)。這個(gè)信號(hào)傳遞的信息是關(guān)于行與行之間的亮度結(jié)構(gòu)而完全不包含色度信息。為了單獨(dú)恢復(fù)色度分量，來自梳形濾波器20的垂直信號(hào)分量(VD)必須被移開。這些可以通過三級(jí)帶通有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器30來實(shí)現(xiàn)，梳形色度信號(hào)和垂直分量信號(hào)(C1+VD)被加到濾波器30的輸入端32。濾波器30包括第一個(gè)加法器44，其第一輸入端34直接連接輸入端32而其第二輸入端36通過串聯(lián)的兩個(gè)延時(shí)元件40和38連接輸入端32，每個(gè)延時(shí)元件會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)采樣間隔的延時(shí)。在圖中延時(shí)習(xí)慣上用“Z”變換標(biāo)志表示，“Z”標(biāo)志的負(fù)指數(shù)表示采樣間隔延遲數(shù)目。延遲后的信號(hào)在延遲器件38和40的公共端經(jīng)乘法器50乘2倍(如一位位移)后被加到減法器46的減數(shù)(-)輸入端，減法器46從加法器44的輸出端42輸出的信號(hào)中減去延時(shí)并乘以2倍以后的信號(hào)。FIR濾波器30的最后一級(jí)濾波是由加法器50構(gòu)成的濾波器實(shí)現(xiàn)的。加法器50的第一輸入端52直接與減法器46的輸出端相連，其第二輸入端54經(jīng)一個(gè)4倍采樣延遲元件56與減法器46的輸出端相接。第一組兩個(gè)延遲元件38和40與加法器44構(gòu)成第一級(jí)帶通濾波器。乘法器50和減法器46相結(jié)合與第一級(jí)帶通濾波器一起構(gòu)成第二級(jí)帶通濾波器。第三級(jí)帶通濾波器是由加法器50和延時(shí)元件56構(gòu)成的，如前所述，所有這三級(jí)濾波器的極點(diǎn)都以色度載波頻率為中心。我們發(fā)現(xiàn)這些濾波器足以能夠?qū)⑹嵝螢V波器20產(chǎn)生的垂直分量信號(hào)移開，所以在加法器50輸出端產(chǎn)生的色度輸出信號(hào)C58中沒有有效的亮度垂直分量信號(hào)。圖4A-4D是整個(gè)混合視頻信號(hào)分離過程示意圖。圖4A是先前討論的濾波器20的周期性梳形濾波器響應(yīng)曲線。圖4B所示是濾波器30帶通特性，該帶通濾波器將垂直分量從濾波器20的輸出信號(hào)中濾去，只剩下色度分量如圖4C所示。如下文將要解釋的，最終這個(gè)與混合視頻信號(hào)CV進(jìn)行差組合的分量實(shí)質(zhì)上是消除色度分量后只剩下的亮度分量如圖4D所示。在將混合視頻信號(hào)CV濾波從而得到色度分量的過程中，信號(hào)要經(jīng)歷四次(4)代數(shù)運(yùn)算。例如，在梳形濾波器20中混合視頻信號(hào)及其延遲后的信號(hào)在減法器中相減，這種減法運(yùn)算會(huì)使運(yùn)算結(jié)果的二進(jìn)制位數(shù)“擴(kuò)展”或增加一位，因?yàn)闇p法器24有可能產(chǎn)生借位。所以在減法器24輸出端的梳形色度信號(hào)是9比特。在減法器24的輸出總線上有一斜線，在斜線旁有數(shù)字9用來表示該信號(hào)是9位。其它信號(hào)總線也采用同樣方法表示總線“寬度”。有些信號(hào)還包括有關(guān)的二進(jìn)制位數(shù)目的說明。在FIR濾波器30中，色度信號(hào)要經(jīng)過加法器44和50以及減法器46總共三種代數(shù)運(yùn)算。每種代數(shù)運(yùn)算會(huì)使色度信號(hào)增加1位，因?yàn)槊總€(gè)運(yùn)算可能都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位(對于加法器)或一個(gè)借位(對于減法器)。所以，加到梳形濾波器20輸入端的8位混合視頻信號(hào)在經(jīng)過第一次減法后擴(kuò)展為9位。這個(gè)9位信號(hào)在經(jīng)過第一個(gè)加法器44后變?yōu)?0位。加法器44的輸出信號(hào)由于在減法器46中進(jìn)行第二次減法運(yùn)算所以10位信號(hào)變?yōu)?1位。最后經(jīng)過完全濾波的色度信號(hào)在經(jīng)過加法器50最后一次加法運(yùn)算后擴(kuò)展為12位。色度信號(hào)從8位擴(kuò)展到12位相當(dāng)于將該色度信號(hào)乘以16倍。在本發(fā)明所述的優(yōu)選實(shí)施例中，經(jīng)過位擴(kuò)展的12位色度信號(hào)通過z-bit舍位器60減少到10位，然后經(jīng)過10位的D/A轉(zhuǎn)換器62在輸出端64作為模擬信號(hào)輸出。亮度信號(hào)恢復(fù)需要與色度信號(hào)不同的處理過程。尤其是對于色度信號(hào)采用的簡單“截位”或“斷開”較低位的位減少技術(shù)會(huì)給亮度信號(hào)分量的恢復(fù)帶來麻煩。當(dāng)我們試圖采用簡單的截位方法來減少色度信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)目時(shí)會(huì)發(fā)明在圖象顯示中亮度信號(hào)易于產(chǎn)生我們不期望的人為視頻景象。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)顯示圖象具有很低的亮度和色度空間梯度時(shí)，這種有輪廓的人為景象會(huì)變得更明顯。亮度信號(hào)恢復(fù)需要將色度信號(hào)二進(jìn)制位數(shù)減少以滿足混合視頻信號(hào)8位分辨率的需要。這要求在不引入任何DC分量情況下將色度分量由12位降到8位。按照本發(fā)明所述采用“對稱舍位”方法，這一點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)。采用色度信號(hào)的對稱舍位處理過程有益于減少亮度信號(hào)中我們不期望的輪廓。采用傳統(tǒng)對稱“舍位”或“截位”方法的實(shí)例的電路在美國國家專利號(hào)4,589,084中予以描述，該
專利名稱：為“關(guān)于使用間隔正交信號(hào)實(shí)現(xiàn)對稱地將以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示的二進(jìn)制信號(hào)對稱截位的裝置”(APPARATUSFORSYMMETRICALLYTRUNCATINGTWO′SCOMPLEMENTBINARYSIGNALSASFORUSEWITHINTERLEAVEDQUADRATURESICNALS)，該專利公開日期是1986年5月13日。在該專利中所述裝置，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制補(bǔ)碼的二進(jìn)制數(shù)的對稱舍位是通過對于正數(shù)，簡單地舍棄LBS；對于負(fù)數(shù)，當(dāng)舍棄的LSB中任意一位為邏輯“1”時(shí)，則要在舍位的負(fù)值上加“1”。實(shí)現(xiàn)N-bit舍位的裝置包括一個(gè)增量器、一個(gè)兩輸入“與”門及一個(gè)N輸入端“或”門。這樣的裝置相當(dāng)復(fù)雜但卻適用于在亮度/色度分離過程中采用對稱舍位操作。一種優(yōu)選的對稱舍位單元100A如圖1所示。如圖1所示的對稱減少位數(shù)或舍位方式是由舍位單元100A提供的。作為概述，在這個(gè)單元中M位(如12位)色度信號(hào)及其MSB和整數(shù)K(如二進(jìn)制數(shù)0111)進(jìn)行相加的和舍去N位(如4位)以產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)過對稱舍位或位數(shù)減少的輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)少了N位最低有效位LSB。加到加法器的MSB可能是真值也可能是補(bǔ)碼形式，并用于選擇寬舍位模式或窄舍位模式，舍位模式對于一個(gè)給定的輸入信號(hào)變化來說以對稱點(diǎn)輸出為零的數(shù)目是不同的?？梢杂欣胤乐箶?shù)字信號(hào)中由于位數(shù)減少導(dǎo)致的不期望的DC飄移，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)可以有效地減少下文將要描述的亮度信號(hào)“輪廓”。圖1中的舉例詳細(xì)描述如下舍位單元100A包括一個(gè)12位全加器101、一個(gè)4位截位單元103和一個(gè)二進(jìn)制數(shù)或偏置源102組成。在該裝置中，由濾波器30產(chǎn)生的12位色度分量和四位偏置數(shù)(如數(shù)字7或二進(jìn)制數(shù)0111)加到加法器101的加數(shù)和被加數(shù)輸入端。在該例子中采用“二進(jìn)制補(bǔ)碼代數(shù)運(yùn)算”，12位色度信號(hào)的最高有效位(標(biāo)志位)加到12位全加器101的進(jìn)位輸入端，12位全加器101加上它的進(jìn)位輸出可以產(chǎn)生13位色度信號(hào)。被修改的色度信號(hào)的四個(gè)LSB被四位截位器103截去從而產(chǎn)生單元100A的對稱地被舍位的色度輸出信號(hào)。換一種方式表述是在單元100A中，在對稱舍位期間一個(gè)數(shù)字加到色度信號(hào)上，該色度信號(hào)是與色度信號(hào)的極性相關(guān)的。如果信號(hào)是正的，則被加數(shù)值為“0111”(十進(jìn)制數(shù)7)并且加到加法器101的進(jìn)位端的MSB值是0。如果信號(hào)是負(fù)的，有效地被加數(shù)值為“1000”(十進(jìn)制數(shù)為8)，因?yàn)榧拥郊臃ㄆ?01的進(jìn)位輸入端的MSB值應(yīng)為1，且與“0111”相加而成為輸入信號(hào)“1000”。為了理解如圖1所示的對稱位數(shù)減少，可以分別參考表8、表9所示的“寬”對稱舍位和“窄”對稱舍位模式的表格。在單元100A中使用寬模式，表8顯示的是這種情況對于電平在-11到+11變化范圍的信號(hào)，使用單元100A的裝置將該信號(hào)中2位舍去?？v行(a)表示是以十進(jìn)制數(shù)表示的輸入信號(hào)值?？v行(b)是輸入信號(hào)的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換形式。縱行(c)是二進(jìn)制輸入信號(hào)的MSB?？v行(d)給出了確定數(shù)字“K”值的公式，數(shù)字K是由二進(jìn)制偏置源102提供的，數(shù)字K在全加器101中都加到輸入信號(hào)數(shù)字和輸入信號(hào)的MSB上。由公式(K＝{(2N)-2}/2)可以得到當(dāng)減去2位(N)時(shí)K值為“1”。縱行(e)表示全加器101的輸出，該輸出值為輸入信號(hào)范圍在-11到11(十進(jìn)制數(shù))的“M”、“K”、和“MSB”的和。當(dāng)這些和被截去兩位以及截位后的結(jié)果如縱行(f)和(g)所示，其中的值范圍在-3到+3之間且對于輸入信號(hào)的零點(diǎn)都是對稱的?！安竭M(jìn)大小”包括在低于或高于零電平的每一步進(jìn)都有四個(gè)相同的輸出值。關(guān)于零點(diǎn)對稱，這里總共有五個(gè)零點(diǎn)，它們對稱地分布在輸入信號(hào)的零點(diǎn)(此處及后文中，對稱點(diǎn)或POS)周圍。需要指出的是在單元100A中，要舍去4位LSB有可能造成MSB溢出或進(jìn)位，所以二進(jìn)制位數(shù)減少數(shù)目是3位，即最終12位輸入信號(hào)減少到9位向不是8位。為了避免這種情況，單元100A的輸出信號(hào)的MSB由限位器104限定。對稱位數(shù)減少的“窄”模式如圖3中單元100B所示，它的操作過程見表9的表格。單元100A和100B之間的不同僅在于單元100B中加到加法器的MSB是經(jīng)過反相器300反向后的值。它對單元100B操作的影響是減少了關(guān)于輸入或輸出信號(hào)對稱點(diǎn)分布的輸出零點(diǎn)的數(shù)目。如表9所示的窄模式的例子，其中MSB以補(bǔ)碼形式(被反向)加到加法器，在對稱點(diǎn)產(chǎn)生三個(gè)零點(diǎn)。而在表8所示的寬模式的例子中，MSB以真值(非反向形式)形式加到加法器，如前所述在對稱點(diǎn)產(chǎn)生五個(gè)零點(diǎn)。有利的是每個(gè)用戶可以選擇加寬或變窄被對稱地減少位數(shù)后的輸出信號(hào)的“零跨度點(diǎn)(zerocrossingpoint)”。現(xiàn)在回到圖1中所述的亮度信號(hào)的恢復(fù)問題，前面的舍棄過程可能會(huì)使色度信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)增加到13位，原因前面已經(jīng)解釋了。而這同從混合視頻信號(hào)CV中提取亮度分量所需要的是相反的。然而，因?yàn)樯釛夒娐窂妮^低的四位中有效地移去了所有有用的色度信息并把該信息放入第五位或更高數(shù)字位中，這樣就可能截去低4位同時(shí)又不損失任何色度信息，由此基本上減弱了亮度輪廓效應(yīng)?？傊P(guān)于這點(diǎn)，對稱的位數(shù)減少是通過將M、K和MSB相加后通過截位器103截去其和的低四位而實(shí)現(xiàn)的。這種方案將色度信號(hào)的LSB減少四位同時(shí)增加1位MSB從而產(chǎn)生總共9位二進(jìn)制數(shù)。這一結(jié)果只比混合視頻信號(hào)的分辨率(8位)多一位。這個(gè)結(jié)果的最后一位由限位器104移去從而產(chǎn)生8位色度輸出信號(hào)。在對稱舍位后的限位處理過程沒有使整個(gè)系統(tǒng)的輪廓效應(yīng)變壞，但是不用舍去一位LSB就便于與8位混合視頻信號(hào)相減。換句話說，我們發(fā)現(xiàn)將色度信號(hào)的最低有效位非對稱的截位會(huì)導(dǎo)致亮度信號(hào)輪廓問題，所以限定色度信號(hào)的最高有效位不會(huì)輪廓效應(yīng)變壞但是能有易于后面對亮度恢復(fù)時(shí)進(jìn)行8位的減法運(yùn)算。亮度信號(hào)分量的恢復(fù)是由減法器80完成的。減法器80從它的被減數(shù)輸入端82輸入的混合視頻信號(hào)CV中減去在它的減數(shù)輸入端84輸入的8位色度信號(hào)。在做減法運(yùn)算之前，混合視頻信號(hào)CV經(jīng)過延時(shí)單元86延時(shí)了四個(gè)采樣間隔。將混合視頻信號(hào)延時(shí)一個(gè)完整的色彩周期(4個(gè)采樣間隔)的原因是為了與經(jīng)過帶通濾波器30已平均延時(shí)了4個(gè)采樣間隔的12位色度信號(hào)臨時(shí)對準(zhǔn)。注意數(shù)字電路中的減法通常是利用減數(shù)的二進(jìn)制補(bǔ)碼再做加法來實(shí)現(xiàn)的，所以這里和權(quán)利要求中使用的詞條“差組合”被用來包括這種傳統(tǒng)的減法技術(shù)。差組合混合視頻信號(hào)和色度信號(hào)的代數(shù)運(yùn)算會(huì)產(chǎn)生一個(gè)分離的具有一位擴(kuò)展位的9位亮度信號(hào)分量(減法運(yùn)算有可能產(chǎn)生借位)。經(jīng)過在限位器90中將分離的亮度信號(hào)Y限定到8位，則多出的位被略去。將限定的8位亮度分量通過一個(gè)8位數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換器92加在輸出端94會(huì)得到一個(gè)模擬亮度輸出信號(hào)分量?，F(xiàn)在要考慮的是在圖1例子中，將亮度分量從這里被稱作“輪廓敏感”的信號(hào)中分離的操作過程。表1是5個(gè)輪廓敏感信號(hào)的例子，這五個(gè)信號(hào)分別由“信號(hào)1”到“信號(hào)5”表示，每個(gè)信號(hào)都是在A/D轉(zhuǎn)換器14的輸出端得到的混合視頻信號(hào)，它具有表示色彩副載波頻率上的AC分量和DC分量。DC分量代表亮度分量并且至少在幾個(gè)副載波周期內(nèi)是常量。這五條信號(hào)線表示五個(gè)不同的亮度信號(hào)穩(wěn)態(tài)條件，該信號(hào)表示在顯示視頻圖像中相鄰五個(gè)區(qū)域內(nèi)五個(gè)不同但幾乎相等的亮度值。雖然輸入模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的模擬色度信號(hào)被選定為常量，但是由于在亮度信號(hào)上加上色度信號(hào)并且將其量化時(shí)亮度信號(hào)會(huì)發(fā)生變化從而使數(shù)字的分離的色度信號(hào)產(chǎn)生變化，所以在加轉(zhuǎn)換器輸出端輸出的“數(shù)字的色度信號(hào)”不是常數(shù)。從表1可以注意到，從“信號(hào)1”到“信號(hào)2”只有四分之一的混合視頻信號(hào)值發(fā)生了變化。具體地說，信號(hào)1的每一行中出現(xiàn)的混合視頻信號(hào)值“9”，在信號(hào)2的每一行中變?yōu)椤?0”。這些給出的特征值可以當(dāng)作IRE單元或轉(zhuǎn)化為8位二進(jìn)數(shù)的IRE單元(如0-255)。不論用哪種表示形式，從信號(hào)1到信號(hào)2的變化都是非常小的。同樣從信號(hào)2到信號(hào)3(每行“4”變到“5”)，從信號(hào)3到信號(hào)4(“2”變化到“3”)以及信號(hào)4到信號(hào)5(“7”變化到“8”)之間的變化都非常小。這五個(gè)假定信號(hào)之間的變化表明混合視頻信號(hào)中幾乎為常量但只是緩慢增加的亮度分量和保持不變的色度分量。表2為表1中五行混合視頻信號(hào)從梳形濾波器20的輸出端恢復(fù)為色度分量(C)和垂直分量(VD)的示意圖。這些值是按照表2第一欄中“D”(差值)公式計(jì)算出來的穩(wěn)態(tài)值。具體而言，當(dāng)前C+VD采樣值等于目前采樣值減去垂直方向上相鄰的前一個(gè)值(即前面一行對應(yīng)值)。例如，表2中信號(hào)1第二行第一個(gè)采樣差值是信號(hào)1第二行的當(dāng)前采樣值(+4)減去表1中正上方(即第一行)采樣值(-7)而得到。表2中所有C+VD差值均是以同樣方式由表1推算而來。參照圖1如前述部分解釋的，下一個(gè)處理步驟是要將不想要的垂直分量信號(hào)從梳形濾波器20的輸出端去掉。這項(xiàng)工作可由具有傳輸函數(shù)“Pn”的帶通濾波器30完成，Pn表達(dá)式如表3中第一欄所示，用于從表2中梳形值推導(dǎo)出梳形混合信號(hào)的濾波值。對于色度的當(dāng)前濾波后的象素的“Pn”值等于表2中對應(yīng)的象素的當(dāng)前值(Po)減去2倍的在時(shí)間上兩個(gè)象素之前的值、然后加上2倍的時(shí)間上4個(gè)象素以前的值、再減去2倍的時(shí)間上6個(gè)象素以前的值再加上時(shí)間上8個(gè)象素以前的值。舉個(gè)例子對于信號(hào)1第三行象素1經(jīng)過帶通濾波器濾波后的色度信號(hào)的值由以下步驟確定。當(dāng)前值是+3，兩個(gè)象素之前的值是-3，四個(gè)象素之前的值(對當(dāng)前值來說)是+3，6個(gè)象素和8個(gè)象素之前的值分別是-3和+3，所以Pn的值為Pn＝(+3)-2(-3)+2(+3)-2(-3)+3＝3+6+6+6+3＝24(1)表3中剩下的色度象素的值也是采用相同方式得到的。為了使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)更充分體現(xiàn)，下面的步驟相信是有用的，即確定如果從通過濾波器30的12位色度信號(hào)中簡單地截去四位并且從混合信號(hào)CV中減去差所得到亮度分量，那么該色度分量值的大小。這些結(jié)果都在表4和表5中列出。表5中采用簡單截位法得到的結(jié)果可以與表7中采用對稱舍位法得到的結(jié)果進(jìn)行比較。表4是從濾波器30輸出的12位色度信號(hào)中簡單(非對稱)截去四位得到的結(jié)果。表5顯示的是從表1的原始混合視頻信號(hào)值中截去表4中的色度信號(hào)得到相減的最終亮度信號(hào)結(jié)果。將會(huì)看到在“簡單”截位用在色度信號(hào)時(shí)，亮度信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生輪廓效應(yīng)。利用圖2中傳統(tǒng)的“簡單”截位器200，將表3中混合視頻信號(hào)值的四位最低有效位舍去可以得到截位后的色度信號(hào)值，表4所示為上述舍位后的結(jié)果。表5所示假定采用簡單截位法從12位色度信號(hào)中舍去四位得到的亮度信號(hào)電平。在這個(gè)陣列中只有一個(gè)信號(hào)具有正確的亮度值，這個(gè)信號(hào)就是信號(hào)3。表5是由從表1中原始數(shù)字混合視頻信號(hào)中減去表4中每個(gè)截位后的色度信號(hào)值而得到的。例如表1中信號(hào)3的第2行的第一個(gè)亮度象素的值等于從表1中混合視頻信號(hào)值減去表4中的色度信號(hào)值。表1中混合視頻信號(hào)CV值為“7”，表4是截位后的色度信號(hào)值是“-1”，所以信號(hào)3第二行第一個(gè)象素，其亮度信號(hào)值等于“6”。這個(gè)值對于亮度信號(hào)是“正確”的，原因如下要確定表5中的亮度信號(hào)值對于亮度是正確的或不正確的可以借助于查看表3中濾波過的色度值?？梢钥吹叫盘?hào)3的第三行象素1、濾波后的色度值是“16”或二進(jìn)制形式“10000”。當(dāng)二進(jìn)制的“10000”被截位時(shí)沒有除法誤差，因?yàn)榻厝サ乃奈籐SB都是零。所以表3中所有值為+16或-16或16的整數(shù)倍的象素值都不含有色度畸變值，因此表5中相應(yīng)象素位置其亮度分量的值是正確的。例如表3中信號(hào)3的第二、三行中每一個(gè)象素都是16或16的整數(shù)倍(64)，所以信號(hào)2和信號(hào)3的所有象素都是正確的。剩下的信號(hào)由于截位的原因都是包含色度誤差從而導(dǎo)致亮度也有誤差，所以最終顯示分量時(shí)就會(huì)產(chǎn)生我們不期望的輪廓效應(yīng)。此外，信號(hào)1和信號(hào)5包含完全相同的色度信號(hào)但亮度相差一個(gè)數(shù)或一個(gè)信號(hào)電平。這兩個(gè)信號(hào)電平(6和7)之間產(chǎn)生有一個(gè)中間亮度值，這個(gè)值來自信號(hào)4。這個(gè)輸出可以被看作亮度電平為6.5(平均值)。表6和表7是本發(fā)明所述的亮度與色度分離操作，表6和表7也是由表1，2和3推導(dǎo)而來并且實(shí)質(zhì)上使用了與表4，5相同的方法，但是這里來自濾波器30的12位色度信號(hào)在從混合視頻分量中減去之前進(jìn)行的是對稱的舍位而不是采用簡單截位方法。這種處理色度信號(hào)的方案在恢復(fù)亮度分量時(shí)的效果可以與表5中截位方法相比較。首先，要注意到表7所示的平均亮度輸出總是等于混合視頻信號(hào)的平均值。這一點(diǎn)優(yōu)于表5中簡單截位的例子，在表5中，對不同的信號(hào)區(qū)域即便亮度電平(從一個(gè)信號(hào)電平變到另一個(gè))正在變化但仍產(chǎn)生不變化的視頻信號(hào)。同樣在例1中，輸入穩(wěn)態(tài)信號(hào)值中每一個(gè)變化都會(huì)產(chǎn)生不同的平均亮度輸出電平。亮度信號(hào)中四分之三周期是剩余副載波Fc分量，但總的來說，本發(fā)明中出現(xiàn)的輪廓現(xiàn)象要比采用直接截位方式出現(xiàn)的輪廓要輕得多，因?yàn)楸景l(fā)明中信號(hào)1-5表示的五個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)的亮度精確度都提高了。圖5是本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用，用于提供亮度/色度分離，它采用符號(hào)-量值代數(shù)運(yùn)算的方法來完成對稱舍位。在圖5中，源1200提供一個(gè)8位混合視頻信號(hào)S1，S1以符號(hào)/量值形式通過一個(gè)用于分離色度分量的色度濾波器1202從而產(chǎn)生一個(gè)12位的濾波后的色度信號(hào)S2。這個(gè)信號(hào)的量值位S3通過對稱舍位單元1024減少到8個(gè)量值位S8，然后通過限位器1218，量值位減少到7位，由S9表示。12位色度信號(hào)S2的符號(hào)位S4和7位量值位S9在減法器1208里從混合視頻信號(hào)S11(在經(jīng)過延遲單元1210后)中相減從而產(chǎn)生一個(gè)分離的亮度輸出信號(hào)S12。這個(gè)例子中的舍位單元1204僅對量值的位數(shù)產(chǎn)生操作，該舍位單元1204包括一個(gè)加法器1212，該加法器將一個(gè)來自源1214的二進(jìn)制偏置信號(hào)S6加到一個(gè)11位的色度信號(hào)S3以產(chǎn)生一個(gè)12位的色度信號(hào)S7。信號(hào)S7的四位最低有效位LSB經(jīng)過截位器1216進(jìn)行截位后又經(jīng)過限位器1218限定位數(shù)，同時(shí)與符號(hào)位S4一起接到減法器1208。因?yàn)檫@個(gè)量值信號(hào)的四位最低有效位是被對稱地舍去，沒有在最終的信號(hào)中引入DC分量，所以分離的亮度信號(hào)中的輪廓效應(yīng)被避免。圖6是本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用，用于在音頻處理系統(tǒng)中采用對稱數(shù)位減少或舍位方式。該系統(tǒng)包括一個(gè)音頻源1502，用于提供一個(gè)模擬音頻信號(hào)S1給模-數(shù)轉(zhuǎn)換器1504，該A/D1504產(chǎn)生一個(gè)16位數(shù)字輸出信號(hào)S2給音頻處理單元1506。該處理單元1506的操作包括濾波、降低噪聲或類似操作，假定經(jīng)過這些操作后信號(hào)的二進(jìn)制數(shù)增加到20位。為了將數(shù)字信號(hào)的位數(shù)將低到原始信號(hào)S2的16位，該20位的數(shù)字信號(hào)要加到舍位單元100C，舍位單元100C類似于圖1中的舍位單元100A，只不過這里100C中信號(hào)是20位而不是12位。舍位單元100C的操作如前文所述，產(chǎn)生一個(gè)17位信號(hào)S4，該信號(hào)S4是已經(jīng)被對稱地舍去四位最低有效位后考慮到在加法器101MSB位溢出所以又加上一位從而產(chǎn)生的17位信號(hào)。這個(gè)合成的17位信號(hào)S4經(jīng)限定器1508限定到16位，然后限定后的信號(hào)S5經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器1510還原為模擬信號(hào)S6。對裝置的其它改進(jìn)，如所附權(quán)利要求中所述，也屬于本發(fā)明的原理范圍。例如關(guān)于本發(fā)明中的亮度/色度分離應(yīng)用，濾波可以采用不同方式即需要舍去多于四位LSB或少于四位LSB。同樣關(guān)于音頻處理過程也是這樣。并且，本例中使用的是單線(1-H)梳形濾波器，但色度信號(hào)濾波器也可以采用更復(fù)雜的濾波器如雙線(2-H)梳形濾器中或幀濾波器。雖然本例中去除梳形輸出信號(hào)的垂直分量采用的是三級(jí)帶通FIR色度信號(hào)濾波器，但是也可以使用其它的具有更多級(jí)或更少級(jí)的復(fù)雜度不同的合適的濾波器。當(dāng)然，其他色度濾波器也可以選用高通類型式或高通與帶通相結(jié)合的濾波器。表1表4表5表6圖1中對稱舍位法得到的色度信號(hào)信號(hào)1行2-1+3+1-3-1+3+1-3-1+3行3+1-3-1+3+1-3-1+3+1-3信號(hào)2行2-1+4+1-4-1+4+1-4-1+4行3+1-4-1+4+1-4-1+4+1-4信號(hào)3行2-1+4+1-4-1+4+1-4-1+4行3+1-4-1+4+1-4-1+4+1-4信號(hào)4行2-1+3+1-3-1+3+1-3-1+3行3+1-3-1+3+1-3-1+3+1-3信號(hào)5行2-1+3+1-3-1+3+1-3-1+3行3+1-3-1+3+1-3-1+3+1-3</table></tables>表7圖1中采用對稱舍位方法得到的亮度輸出信號(hào)1行2+5+6+6+5+5+6+6+5+5+6+6行3+6+6+5+5+6+6+5+5+6+6+5信號(hào)2行2+5+6+6+6+5+6+6+6+5+6+6行3+6+6+5+6+6+6+5+6+6+6+5信號(hào)3行2+6+6+6+6+6+6+6+6+6+6+6行3+6+6+6+6+6+6+6+6+6+6+6信號(hào)4行2+6+7+6+6+6+7+6+6+6+7+6行3+6+6+6+7+6+6+6+7+6+6+6信號(hào)5行2+6+7+7+6+6+7+7+6+6+7+7行3+7+6+6+7+7+6+6+7+7+6+6</table></tables>表8</tables>表9窄對稱舍位(N＝2，3個(gè)零)權(quán)利要求1.用于對稱地將M位輸入信號(hào)的(12位CHROMA；16位S2)最低有效位減少一給定數(shù)N位的裝置，其特征在于加法器裝置(101)用于將M位輸入信號(hào)和該信號(hào)的最高有效(MSB)位以及整數(shù)K(01112)相加產(chǎn)生一個(gè)和信號(hào)(13位；21位)；裝置(103)截去和信號(hào)中的N位(4位)從而產(chǎn)生一個(gè)被對稱地舍位后少了N位最低有效位的輸出信號(hào)(9位CHROMA；S417位AUDIO)。2.如權(quán)利要求1所述裝置，其進(jìn)一步特征在于，所述裝置包括裝置(300)，其用于在寬舍位模式和窄舍位模式之間變換舍位方式。3.如權(quán)利要求1所述裝置，其進(jìn)一步特征在于所述MSB以真值形式輸入到所述加法器裝置從而產(chǎn)生寬對稱舍位的所述輸出信號(hào)。4.如權(quán)利要求1所述裝置，其進(jìn)一步特征在于所述MSB以補(bǔ)碼形式輸入所述加法器裝置從而產(chǎn)生窄對稱舍位的所述輸出信號(hào)。5.如權(quán)利要求1所述裝置，其進(jìn)一步特征在于加到所述加法器裝置的所述整數(shù)K與要減少的最低有效位數(shù)字N有關(guān)，其關(guān)系式為K＝{(2N)-2}/2。6.如權(quán)利要求1所述裝置，其進(jìn)一步特征在于M＝12，N＝4，所述整數(shù)K＝7。7.如權(quán)利要求1-5所述裝置，它還包括一個(gè)限位器(104，1508)，用于限定所述對稱地被舍位的輸出信號(hào)的位數(shù)。8.用于對稱地從M位輸入信號(hào)(12位CHROMA；16位S2)中減去N位(4位)最低有效位的裝置，其特征在于一個(gè)二進(jìn)制數(shù)偏置源(102)，用于提供一個(gè)常數(shù)K(11112)，K等于{2N-2}/2，這里N是要減少的最低有效位位數(shù)；一個(gè)全加器(101)，它的第一個(gè)輸入端輸入所述常數(shù)K，第二個(gè)輸入端輸入所述M位輸入信號(hào)，其中M位信號(hào)包括其最高有效位MSB，第三個(gè)輸入端輸入所述MSB位，然后有一輸出端產(chǎn)生一個(gè)和信號(hào)(13位)輸出；裝置(103)用于截去所述和信號(hào)的N位最低有效位從而產(chǎn)生一個(gè)對稱地被舍位的信號(hào)；裝置(104；1508)用于限定所述對稱地被舍位的信號(hào)的位數(shù)從而提供一個(gè)被處理過的少了N位最低有效位即總共有M-N位的輸出信號(hào)。9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于該裝置還包括裝置(300)用于將加給所述全加器的一給定的所述MSB反向。10.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述MSB以真值形式不經(jīng)過反向而輸入所述全加器。11.用于對稱地從具有符號(hào)一量值形式的M量值位輸入信號(hào)(12位CHROMA；16位S2)中減少N位最低有效位的裝置，包括一個(gè)二進(jìn)制偏置源(102)，用于提供一個(gè)二進(jìn)制常數(shù)K(01112)，該常數(shù)與對稱地所減去的最低有效量值位N有關(guān)；加法器裝置(101)用于將M量值位與常數(shù)K相加產(chǎn)生一個(gè)和信號(hào)；裝置(103)截去和信號(hào)中N位從而產(chǎn)生一個(gè)少了N個(gè)最低有效位的處理過的輸出信號(hào)。12.如權(quán)利要求11所述的裝置，還包括裝置(104；1508)，用于限定經(jīng)過處理的輸出信號(hào)的位數(shù)從而提供一個(gè)修改過的、有符號(hào)量值形式的、總共有M-N個(gè)量值位的輸出信號(hào)。全文摘要一個(gè)M位數(shù)字信號(hào)和它的MSB以及整數(shù)K相加產(chǎn)生的和信號(hào)被舍去N個(gè)最低有效位后產(chǎn)生一個(gè)被對稱地舍去二進(jìn)制數(shù)位的數(shù)字輸出信號(hào)。按照給定輸入信號(hào)的不同，MSB可以以真值或補(bǔ)碼形式加到加法器上以便用于選擇寬或窄舍位模式從而使關(guān)于對稱點(diǎn)分布的輸出零值的數(shù)目不同。有益的是在數(shù)字視頻、音頻或類似應(yīng)用中的最低有效位(LSB)的減少并沒有引起不期望的DC飄移。文檔編號(hào)H03M7/30GK1156279SQ96116750公開日1997年8月6日申請日期1996年12月28日優(yōu)先權(quán)日1995年12月29日發(fā)明者約翰·A·黑格,格雷格·A·克拉納韋特,唐納德·H·威利斯申請人:湯姆森消費(fèi)電子有限公司