在人民群众的生活中，电视扮演着不可或缺的角色。从早期的电子管发射黑白电视机到如今的等离子、液晶电视，电视机的核心--视频解码系统也发生了很大的变化。视频解码系统的功能是将复合全电视信号解码成红绿蓝三色信号供显示器显示。其实现机理有多种方案，目前有全模拟型、数模混合型和全数字型等，其中全数字方案最有前景，符合数字电视的发展需要。　　 数字解码系统首先需要将模拟视频信号数字化，常规方法是使用模拟锁相环对采样率进行控制以达到同步采样，这增加了设计的复杂度和解码系统的成本。为简化采样系统的硬件架构，使产生采样时钟的晶振处于自由振荡模式，采样芯片使用固定频率对视频信号进行自由采样，采样点的行同步化过程在全数字域中通过信号处理算法实现。本文系统介绍了自由采样下全数字视频解码系统的组成，各部件的实现步骤和算法原理，并提出了多项创新。　　 本文首先研究和分析了相关的电视原理，例如扫描技术、色彩原理、全电视信号的结构、调制方法和常见的视频制式等。　　 研究了模拟视频信号的两种数字化方法：同步采样和异步采样，探讨了同步采样的缺点和异步采样需要解决的问题。提出了使用匹配滤波器法来提取全电视信号时序信息的方法，以寻找行、场同步信号的起始位置和进行奇偶场识别。与常规的电平切割法相比，其实现方便，具有较好的噪声抑制性能。在此基础上，提出了使用改进的双向差分模型对视频行同步信号进行线性回归拟合求小数相位的方法，从而进一步提高了行同步起始位置的精度。提出了一个实用的数字行锁相环，来滤除提取到的行同步起始位置的相位噪声，给出了详细设计并分析了相关性能。环路结合以辛克函数为内核的高阶插值滤波器对视频亮色信号进行重采样，实现了数字行锁相。　　 讨论了亮色分离的原理，分析了各种亮色分离方案及其各自的优缺点。在此基础上，提出了基于显示区域识别的全自适应梳妆滤波器的亮色分离方法，根据像素之间的相关性来选择合适的亮色分离方式，最大化的改善了亮色分离的效果。　　 为了进行色度解调，需要从色同步信号中恢复出本地色载波。本文分析了常规的闭环法和开环法的原理以及优缺点，提出了无需锁相环的基于相位估计和频差估计的色载波高精度恢复方案。提出了两种相位估计算法：基于信号正交分解的相位估计算法和基于DFT插值的相位估计算法，同时提出了基于相位展开和线性回归模型的频差估计算法。通过这两个算法的使用，恢复出了高精度本地色载波以进行色差信号解调。