專利名稱：運動和邊緣-自適應(yīng)信號幀頻上變頻的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示器領(lǐng)域，尤其涉及視頻信號處理的領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及運動和邊緣自適應(yīng)信號幀頻上變頻的方法和系統(tǒng)。
在一般的隔行掃描系統(tǒng)中，視頻場的序列在奇數(shù)場和偶數(shù)場之間就是這樣交替的。傳統(tǒng)的接收場序列的顯示監(jiān)視器以該序列再現(xiàn)每一個視頻場。每一個場在顯示屏上顯示，例如電視機(jī)屏幕，只顯示掃描線的一半。例如，首先使用奇數(shù)個掃描線顯示奇數(shù)場，然后使用偶數(shù)個掃描線顯示偶數(shù)場，等等。顯示器穿過屏幕掃描一個光柵，從左上到右上產(chǎn)生第一掃描線，然后返回光柵到屏幕的左邊緣，在原來的位置稍下的位置上。不過，光柵返回的這個位置不是緊貼在第一掃描線的下面，而是留有充分的余地以便容納交替場上的插入掃描線。然后光柵橫穿掃描達(dá)到屏幕的右邊，產(chǎn)生第二掃描線，照這樣連接掃掃描直到屏幕的底邊。
掃描線之間的距離隨著監(jiān)視器的尺寸變化，但是一般允許在第一場完成以后抽出插入掃描線(另一場的第一掃描線)。在掃描每條掃描線以后，光柵返回到屏幕的左邊緣是看不到的，屬于回掃或水平刷新階段，這比看得見的左至右行掃描快得多。照這樣，可以產(chǎn)生近525個有效掃描線(例如，在主要的美國視頻格式中)以便完成一個單視頻幀，每場中顯示它的一半。
一旦到達(dá)屏幕的底邊，在“垂直消隱期間”階段，光柵以看不見的形式返回到左上角的原始位置。水平和垂直消隱期間階段是快速的，并且是看不見的。對于傳統(tǒng)的電視機(jī)，這個隔行視頻掃描方法是在垂直刷新率，垂直分辨率，和有限帶寬之間的適當(dāng)?shù)恼壑修k法。
雖然被廣泛應(yīng)用，但是傳統(tǒng)電視系統(tǒng)使用的在奇數(shù)幀和偶數(shù)幀之間交替的方法眾所周知有許多缺點，例如行閃爍，行蠕動，點蠕動，有限的水平清晰度，可見行結(jié)構(gòu)和大面積閃爍。在主要的美國顯示標(biāo)準(zhǔn)中，最顯著的問題是行閃爍和可見行結(jié)構(gòu)。這是由于有限數(shù)量的掃描線(即，每幀525行)引起的。對于美國以外的主要的顯示標(biāo)準(zhǔn)，由于掃描線較多(625行)可見行結(jié)構(gòu)較好。不過，由于刷新率僅僅為50Hz大面積閃爍更明顯了。這種情況特別出現(xiàn)在亮度和對比度都很高的大屏幕電視機(jī)中。隨著對大屏幕顯示器需求量的增加，這些問題只會變得越加明顯，并且迫切需要解決。
提供給視頻顯示系統(tǒng)的視頻信號可以是復(fù)合視頻信號的形式。復(fù)合視頻信號可以是NTSC信號(主要的美國標(biāo)準(zhǔn))，PAL信號，或任何其它的本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的信號。NTSC是國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(National Television StandardsCommittee)的縮寫，它規(guī)定了具有每秒約60個半幀(隔行)的刷新率的復(fù)合視頻信號。每幀包含525行，并且可以包含1600萬種不同的顏色。作為輸入提供的復(fù)合視頻信號還可以是高清晰度輕便電視機(jī)的信號，它可以提供比基于NTSC標(biāo)準(zhǔn)的目前電視標(biāo)準(zhǔn)好得多的清晰度。PAL是逐行倒相制式(Phase)的縮寫，是歐州主要的電視標(biāo)準(zhǔn)。而NTSC以每秒60個半幀的分辨率運送525行，PAL以每秒50個半幀的分辨率運送620行。PAL和NTSC的標(biāo)準(zhǔn)是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。
各種技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了以克服傳統(tǒng)電視信號的這些缺點。例如，隔行—逐行轉(zhuǎn)換(也稱隔行—非隔行轉(zhuǎn)換)可以用在NTSC信號上，以消除行閃爍和可見行結(jié)構(gòu)。對于PAL信號，信號幀頻上變頻是一種提高刷新率以抑制大面積閃爍的方法。例如，把50Herta的隔行輸入上變頻到100Hz的隔行輸出在實際中是被廣泛采用的，并且在隔行PAL顯示系統(tǒng)中可以提供好的圖象質(zhì)量。不過，100HzPAL顯示器的成本可能很高。這是因為，100Hz PAL顯示器與一般的50Hz PAL電視系統(tǒng)相比，需要不同的，更昂貴的顯像管和更復(fù)雜的掃描電路。例如，今天一個29英寸，100Hz PAL電視機(jī)在中國市場上價格是近1000美元，而傳統(tǒng)的29英寸，50Hz PAL電視機(jī)的價格是約250美元。
上述的100Hz PAL電視機(jī)的高成本主要是由于復(fù)雜的掃描電路和顯像管。在PAL電視機(jī)中，大面積閃爍是一個嚴(yán)重問題。為了消除閃爍，可以增加幀頻，例如，增加到如上所述的100Hz，它被廣泛采用但是太貴。不過，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，只要比PAL系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的50Hz刷新率增加較少的刷新率，就可以減少大面積閃爍。也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，掃描60Hz或更高的刷新率可以減少大面積閃爍，對于一個動畫圖像來說，在60Hz和100Hz刷新率的PAL電視輸出信號之間的質(zhì)量差別很小。具有從50Hz輸入PAL信號的上變頻隔行60Hz或更高的垂直刷新率輸出(小于100Hz)的電視機(jī)將具有的掃描速率比100Hz垂直刷新率電視機(jī)低得多。因此，這種電視系統(tǒng)的成本將比100Hz的輸出系統(tǒng)大大減少，而卻能提供一個相似質(zhì)量的顯示信號。這是因為相同的顯像管和掃描電路可以和用在50Hz PAL電視系統(tǒng)中一樣被用在60Hz或75Hz的上變頻系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
因此，對于邊緣—自適應(yīng)信號幀頻上變頻的方法和系統(tǒng)的一個要求是，使用和50Hz系統(tǒng)相同或相似的掃描電路和顯像管，它能夠把50Hz垂直刷新率隔行輸入信號轉(zhuǎn)換成60Hz或更高垂直刷新率輸出信號。
對于邊緣—自適應(yīng)信號幀頻上變頻的方法和系統(tǒng)的另一個要求是，它能利用標(biāo)準(zhǔn)的50Hz PAL輸入信號提供一種改進(jìn)視頻顯示監(jiān)視器的輸出信號質(zhì)量的低成本的裝置。
按照本發(fā)明，邊緣—自適應(yīng)信號幀頻上變頻的方法和系統(tǒng)完全消除或減少了現(xiàn)有技術(shù)的電視系統(tǒng)，例如遵守PAL標(biāo)準(zhǔn)的那些電視系統(tǒng)中的缺點和問題。
特別是，本發(fā)明的邊緣—自適應(yīng)幀頻上變頻系統(tǒng)的一個實施例包括一個捕捉塊，用于接收和處理輸入信號；一個幀緩沖器，用于接收和處理來自捕捉塊的數(shù)據(jù)信號輸出；一個邊緣—自適應(yīng)插入器，用于從幀緩沖器輸出的一組電流輸入場信號中產(chǎn)生一個插入場信號；一個運動檢測器，用于接收來自幀緩沖器的復(fù)合信號輸出并處理復(fù)合信號以產(chǎn)生運動信號；一個混合器，接收來自幀緩沖器的在先輸入場信號，來自邊緣—自適應(yīng)插入器的插入場信號和運動信號，并產(chǎn)生邊緣和運動—插入場信號；一個同步控制塊，用于處理來自捕捉塊的輸入垂直同步信號并產(chǎn)生一個輸出同步信號和一個輸出場奇偶信號；一個比較器，用于接收和比較輸出場奇偶信號和從捕捉塊輸出的輸入場奇偶信號；一個多路復(fù)用器，它根據(jù)比較器的輸出進(jìn)行選擇，并作為上變頻輸出信號提供，不是幀緩沖器輸出的電流輸入場信號組中的一個就是邊緣和運動一插入場信號。輸入信號可以包括50Hz的PAL視頻信號。上變頻輸出信號可以包括，例如，60Hz PAL輸出信號或75Hz PAL輸出信號。
本發(fā)明的邊緣-自適應(yīng)信號幀頻上變頻的方法和系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)點在于，它能使用相同或類似于50Hz系統(tǒng)的掃描電路和顯像管夠把50Hz的垂直刷新率隔行輸入信號轉(zhuǎn)換成60Hz或更高的垂直刷新率輸出信號。
本發(fā)明的邊緣-自適應(yīng)信號幀頻上變頻的方法和系統(tǒng)的另一個技術(shù)優(yōu)點在于，它從標(biāo)準(zhǔn)的50Hz PAL輸入信號，提供一個改進(jìn)視頻顯示監(jiān)視器的輸出信號質(zhì)量的低成本裝置。


更完全地理解本發(fā)明及其優(yōu)點可以通過下面的說明及附圖獲得，附圖中相同的號碼表示相同的部件。
圖1是本發(fā)明實施例的50Hz到60Hz場頻上變頻序列的例子；圖2是示出了從50Hz PAL輸入信號到75Hz垂直刷新率輸出信號的場頻上變頻的類似的例子；圖3是對應(yīng)于具有很高垂直躍變的靜態(tài)圖象的輸入視頻信號的場表示；圖4示出了使用具有簡單垂直插入的本發(fā)明實施例從50Hz到75Hz速率上變頻以后，輸出隔行視頻圖象的，超時的，輸出場序列；圖5示出了結(jié)合運動自適應(yīng)場插入以產(chǎn)生一個新場的本發(fā)明的方法的一個
具體實施例方式
本發(fā)明的最佳實施例在附圖中進(jìn)行描述，各個附圖中相同的標(biāo)號表示相同的部分。
本發(fā)明包括邊緣自適應(yīng)信號幀頻上變頻的系統(tǒng)和方法的各種實施例，可用于從標(biāo)準(zhǔn)PAL 50Hz隔行輸入信號產(chǎn)生60Hz或更高的垂直刷新率輸出。例如，本發(fā)明的一些實施例可以用于把PAL 50Hz隔行輸入信號轉(zhuǎn)換到60Hz或75Hz垂直刷新率輸出信號，而在質(zhì)量上相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)中已知的100Hz上變頻輸出信號。而本發(fā)明的實施例可以通過使用和目前的PAL電視系統(tǒng)相同的掃描電路和顯像管來實現(xiàn)，結(jié)果，與現(xiàn)有技術(shù)的100Hz電視系統(tǒng)相比，大大降低了成本。
本發(fā)明的實施例還進(jìn)一步包括一個運動自適應(yīng)場插入算法，以便當(dāng)輸入信號場奇偶核驗與所要求的輸出信號場奇偶校驗不同的時候，產(chǎn)生一個輸出場。類似地，本發(fā)明的實施例可以包括一個運動和邊緣自適應(yīng)垂直行數(shù)增加方法，用以增加縱座標(biāo)的幀格場中的行數(shù)，利用運動和邊緣自適應(yīng)處理填充缺失行。這些實施例及其優(yōu)點將在下面進(jìn)行更詳細(xì)的討論。
現(xiàn)有技術(shù)的速率上變頻系統(tǒng)可以通過下述兩種方法之一把50Hz PAL輸入視頻信號轉(zhuǎn)化到較高的垂直刷新速率(例如，100Hz)。第一種方法是執(zhí)行運動估計(ME)轉(zhuǎn)換以產(chǎn)生附加的輸出場。這種方法可以引起平穩(wěn)運動，但是非常復(fù)雜，難于實現(xiàn)。第二種方法是重復(fù)某些輸入場以產(chǎn)生較高的刷新率。這種方法比ME為基礎(chǔ)的場頻上變頻方法簡單，但由于用于產(chǎn)生附加要求行的簡單場重復(fù)，可能導(dǎo)致運動斷續(xù)不穩(wěn)。
本發(fā)明的實施例使場重復(fù)方案適合于把PAL 50Hz輸入視頻信號上變頻到例如60Hz或75Hz垂直刷新率輸出信號。例如，本發(fā)明的實施例可以復(fù)制來自PAL 50Hz輸入信號的每5個輸入場中的一個以便把50Hz輸入信號轉(zhuǎn)化成60Hz垂直刷新率輸出信號。類似地，可以復(fù)制每兩個輸入場中的一個以便把50Hz輸入信號轉(zhuǎn)換成75Hz垂直刷新率輸出信號。圖1和2分別表示50Hz PAL輸入場和60Hz和75Hz垂直刷新率輸出信號的輸出場之間的關(guān)系。
圖1是本發(fā)明實施例的50Hz到60Hz場頻上變頻序列的例子。因為信號是隔行信號，所以50Hz PAL輸入信號的輸入場在奇場和偶場之間交替變化。從圖1可以看出，50Hz輸入場12通過使用本發(fā)明的場重復(fù)方案實施例轉(zhuǎn)化到60Hz輸出場14。在相同的時幀，T1，其中第一個5個50Hz輸入場12被作為輸入提供，必然產(chǎn)生六個60Hz輸出場14，以便把50Hz隔行輸入信號上變頻到60Hz隔行垂直刷新率輸出信號。如圖1所示，作為第6個60Hz輸出復(fù)制場15，每個第5個50Hz輸入場12被復(fù)制。因此，每個第5個輸出場14和每個第六個60Hz輸出復(fù)制場15是完全相同的，因此，它們具有相同的奇偶校驗。因為本發(fā)明實施例提供的輸出信號是隔行信號，所以顯示輸出場必然在奇場和偶場之間交替變化。這意味著，輸出復(fù)制場15的奇偶校驗必須改變而與顯示隔行輸出信號所要求的交替極性嚴(yán)格匹配。所要求的輸出場奇偶校驗表示成顯示輸出場16奇偶校驗(光柵場奇偶校驗)。因此，必須考慮在所產(chǎn)生的輸出場14奇偶校驗和光柵場16奇偶校驗之間的區(qū)別，并且，如果需要保持隔行交替奇一偶場奇偶校驗方案的話，則要進(jìn)行奇偶校驗轉(zhuǎn)換。
圖2是從50Hz PAL輸入信號場頻上變頻到75Hz垂直刷新率輸出信號的類似例子。50Hz輸入場12轉(zhuǎn)換到75Hz輸出場18。為了把50Hz輸入信號上變頻到75Hz的輸出信號，所有其它的50Hz輸入場12被復(fù)制成產(chǎn)生的75Hz輸出復(fù)制場19。和圖1討論的方式一樣，在作為光柵輸出場20被輸出到最后顯示以前，75Hz輸出信號復(fù)制場19奇偶校驗必須與光柵(顯示)的輸出場奇偶校驗相匹配。
上述本發(fā)明的實施例的場頻上變頻方案可能產(chǎn)生運動斷續(xù)的問題。對于60Hz上變頻，運動斷續(xù)每60/6場出現(xiàn)一次，相當(dāng)于10Hz。相比之下，在75Hz上變頻方式中，運動斷續(xù)每75/3場發(fā)生一次，相當(dāng)于25Hz。這些頻率可以通過用速率上變頻場出現(xiàn)頻率除輸出信號頻率而獲得。
因此，從運動斷續(xù)的觀點看，75Hz的方案比60Hz方案是更可取的。75Hz上變頻方案輸出信號顯示中的運動比60Hz方案的平穩(wěn)，因為運動斷續(xù)發(fā)生在較高頻率。因此，從50Hz PAL輸入信號到75Hz垂直刷新率隔行輸出信號的場頻上變頻比60Hz場頻上變頻更可取。實現(xiàn)60Hz刷新率上變頻的成本和實現(xiàn)75Hz刷新率上變頻的成本接近。進(jìn)而其它刷新率上變頻可以使用本發(fā)明的實施例，但是實現(xiàn)高于75Hz就逐漸變得昂貴了。越接近到達(dá)100Hz上變頻頻率，越可能需要不同的掃描速率電路和顯像管。
在隔行掃描系統(tǒng)中，有一行在每個奇數(shù)場和每個偶數(shù)場之間移動。本發(fā)明的場頻上變頻方法和系統(tǒng)的實施例可以復(fù)制某些引入場以便產(chǎn)生所需要的輸出場。每個輸入場和每個輸出場按照隔行掃描標(biāo)準(zhǔn)所要求的，在奇偶之間交替變化，具有其自己的奇偶校驗。如上所述，本發(fā)明實施例的場頻上變頻可能產(chǎn)生一個奇數(shù)場，而偶數(shù)場是顯示所要求的，反之亦然。這是由于輸入場的復(fù)制產(chǎn)生一個輸出場，如上面參考圖1和2所進(jìn)行的討論。有幾種方法可用于從輸入場產(chǎn)生要被顯示的輸出場。
最簡單的方法是使用引入場而無任何處理，不考慮輸入場12奇偶校驗和所要求的對應(yīng)的輸出顯示場奇偶校驗之間的奇偶校驗差別。當(dāng)相反的奇偶校驗場是隔行標(biāo)準(zhǔn)所要求的時候，由于顯示一個奇偶校驗場的可能性這種方法可能引起上/下?lián)u動。這對于具有高對比度垂直躍變的圖象特別實際。
第二種方法是根據(jù)與要求顯示輸出場(例如，顯示場15和19)奇偶校驗有關(guān)的輸入視頻場12的奇偶校驗產(chǎn)生所要求的輸出場。如果顯示輸出場奇偶校驗與引入視頻場12奇偶校驗相同，那么顯示輸出場就與輸入場12完全相同。如果所產(chǎn)生的輸出場(例如，輸出場14或18)奇偶校驗與所要求的顯示輸出場12奇偶校驗相反，那么在輸出場上可能執(zhí)行垂直插入，以便使輸出場奇偶校驗與所要求的顯示輸出場的奇偶校驗相匹配。垂直插入，例如美國專利申請，序號題為“隔行-逐行轉(zhuǎn)換邊沿自適應(yīng)插入的方法和系統(tǒng)”(METHOD ANDSYSTEM FOR EDGE-ADAPTIVE INTERPOLATION FOR INTERLACE-TO-PROGRESSIVE CONVERSION)，歸檔(插入法應(yīng)用(“InterpolationApplication”))可以被本發(fā)明的實施例使用，以便執(zhí)行這個功能。
通過利用垂直插入處理輸入場12，減小或消除，可能另外發(fā)生的上/下?lián)u動，因為說明和校正了奇偶校驗場的差別。不過，對于具有非常尖銳的垂直邊緣的圖象區(qū)，仍有某些明顯的搖動。這是因為由于輸入和輸出場之間的場奇偶校驗差別引起的上/下?lián)u動。
圖3是對應(yīng)于具有很高垂直躍變的靜態(tài)圖象的輸入視頻信號的場示圖。每條場力線25上的號碼表示那條場力線的灰度級。在本說明書中圖3和其它圖一樣用于表示視頻圖象，是隔行圖象中奇偶場的時間基準(zhǔn)表示圖。按照隔行掃描標(biāo)準(zhǔn)，在任一時刻只有奇數(shù)場被顯示，偶數(shù)場跟隨之，然后又是奇數(shù)場，如此等等，這樣一個完全的圖象就出現(xiàn)在人的眼睛里，雖然在一個時刻只顯示一半的圖象場。圖3用時序表示法同時顯示了多個奇偶場，僅是為了描述清楚起見。
如圖3所示，在場的中間周圍有很陡的垂直躍變，它是通過從具有零灰度級的那些場力線25到具有255值灰度級的場力線25的移動而形成定義的。在視頻圖象本身上，這表現(xiàn)為，例如，從白色圖象部分到黑色圖象部分的一個陡的躍遷。
圖4是利用具有簡單的垂直插入的本發(fā)明的實施例在50Hz到75Hz速率上變頻后顯示輸出隔行視頻圖象的，超時的輸出場序列，以便當(dāng)所要求的顯示輸出場的奇偶校驗與對應(yīng)輸入場的奇偶校驗不同的時候產(chǎn)生顯示輸出場。圖4表示按照本發(fā)明實施例所述的刷新率上變頻以后圖3的圖象。在其號碼下面有星號的輸出場力線25表示用垂直插入產(chǎn)生的輸出場力線。如所示，在2，4，8號輸出場力線25上的垂直邊界有點低，不象對應(yīng)的圖3的邊界那樣陡。在3，9號輸出場力線25上，垂直邊界有點高，不象圖3中對應(yīng)邊界那樣陡。對于50HzPAL輸入信號場頻上變頻到75Hz垂直刷新率輸出，人的眼睛能捕捉到每秒發(fā)生在約75/6次的慢的上/下?lián)u動邊界。
如圖4所示，一個簡單垂直插入簡單地平均了在場力線中產(chǎn)生的象素上、下象素的亮度值以便在要插入的場力線中產(chǎn)生一個對應(yīng)的象素。因此，在圖4中，產(chǎn)生的2，3，4，7，8和9號場力線25中，外外緣上的邊界場力線25，灰度級值是128，它是255+0的一半(場力線25中的象素亮度值剛好在插入場力線的上方和下方)。因此邊界漸漸變?yōu)槠浔旧恚瑢?dǎo)致上/下?lián)u動邊界的狀況。
在圖4的輸出場力線25的下面，附圖標(biāo)記26表示輸出場力線號，對應(yīng)的輸出場奇偶校驗(它按照隔行掃描標(biāo)準(zhǔn)的要求在奇偶之間交替變化)和對應(yīng)的輸入場，由它產(chǎn)生一個輸出場。對于2、3、4、7、8和9號場力線25，輸出場的奇偶校驗和產(chǎn)生該輸出場的輸入場的奇偶校驗是相反的。通過垂直插入所需的線并按要求把它們移動成奇數(shù)或偶數(shù)，校正奇偶校驗以滿足輸出顯示圖象的要求(即，移動它們，從奇數(shù)奇偶校驗移動到偶數(shù)奇偶校驗或從偶數(shù)奇偶校驗移動到奇數(shù)奇偶校驗)。
為了克服上/下?lián)u動邊界的問題，本發(fā)明的實施例可以結(jié)合一個運動-自適應(yīng)場插入算法以便當(dāng)輸入場奇偶校驗與所要求的顯示輸出場奇偶校驗不同的時候產(chǎn)生一個輸出場。為了從一個相反的奇偶校驗場產(chǎn)生一個場，插入由使用前面輸入場信息和當(dāng)前輸入場信息的圖象的運動信息控制。
圖5是包含運動-自適應(yīng)場插入的本發(fā)明方法的一個實施例，當(dāng)輸出場奇偶校驗和當(dāng)前輸入場奇偶校驗不同的時候，從當(dāng)前輸入場和在先輸入場的結(jié)合中產(chǎn)生一個新場。圖5包括一個在先輸入場30(這里只示出了一個在先輸入場30的力線)和一個當(dāng)前輸入場40。當(dāng)前輸入場40包括力線A和B(分別是插入線45上方和下方的力線)。插入線45用虛線標(biāo)識，表示該場是由當(dāng)前場產(chǎn)生的(力線A和力線B屬于當(dāng)前場40)。力線C是在先輸入視頻場30的線。運動信息用于產(chǎn)生插入力線45。如果在插入力線45中將產(chǎn)生的象素是靜態(tài)象素，則本發(fā)明的實施例就簡單地采用在先輸入場30的力線C中的對應(yīng)象素并作為插入線45中的對應(yīng)象素重復(fù)它。因此，圖象靜態(tài)區(qū)的垂直分辨率得到保持。
對于運動象素，垂直邊緣自適應(yīng)插入(或簡單垂直插入)可以用于產(chǎn)生插入線45(即，包含插入線45的象素)。這個過程由于在先場30和當(dāng)前場40之間的運動，可以消除鋸齒形圖象的缺陷。在實際應(yīng)用中，場的運動將用來自運動檢測器的包括兩個或多個比特的運動因子表示，以表示要插入的象素的運動狀態(tài)。產(chǎn)生包括插入線45的象素，實質(zhì)上是基于這個運動信息在靜態(tài)結(jié)果和運動結(jié)果之間的混合操作。插入線45的象素可以按照下面等式產(chǎn)生X_運動＝(邊緣自適應(yīng)或在線A和線B之間的簡單垂直插入)X_靜態(tài)＝力線CX＝((16-運動)*X靜態(tài)+運動*X_運動)/16。
本發(fā)明實施例所用的垂直插入或邊緣自適應(yīng)插入可以是，例如，在插入法應(yīng)用中公開的運動和邊緣自適應(yīng)插入技術(shù)，前面已經(jīng)討論過，并在這里全面引入作為參考。
圖6示出了使用本發(fā)明一些實施例上述的運動-自適應(yīng)插入的50Hz到75Hz場頻上變頻的結(jié)果。在圖6中可以清楚地看到，通過保持原始圖象的陡的垂直躍遷，已經(jīng)消除了在垂直躍遷附近的緩慢的上/下?lián)u動。和圖4比較，現(xiàn)在垂直躍遷包括一個沿邊界60從O灰度級值到具有255灰度級值的場力線25的移動，它對應(yīng)于原始輸入信號場的陡的垂直躍遷。與圖4不同，不使用沿插入場的躍遷的灰度級(亮度)值的簡單平均計算。因此，沿垂直躍遷的上/下?lián)u動不存在了。
根據(jù)本發(fā)明實施例所進(jìn)行的刷新率上變頻要使輸入和輸出場的奇偶場的奇偶校驗結(jié)構(gòu)一致以使其符合隔行掃描標(biāo)準(zhǔn)，否則上述的圖象缺欠可能出現(xiàn)。因為可能出現(xiàn)這樣的情況，當(dāng)偶奇偶校驗場需要顯示的時候，場頻上變頻卻產(chǎn)生一個奇奇偶校驗場(或反之亦然)，本發(fā)明的實施例可以從一個場插入以產(chǎn)生一個具有正確奇偶校驗的新場(即，把奇偶校驗變?yōu)橄喾粗?。進(jìn)一步，當(dāng)確定場中象素的運動的時候，運動在0到1的范圍內(nèi)確定?！?”值對應(yīng)于靜態(tài)象素，“1”值對應(yīng)于最大象素運動，運動值不是二進(jìn)制數(shù)值，但是用0到1的真實值代替，1是運動的最高值。
因此，混合操作可以在靜態(tài)過程(無運動)和運動過程之間進(jìn)行。運動值可以用運動檢測器確定，它實際上是一個比較器，比較在先場和目前場，以確定在它們之間是否有任何運動。運動檢測器(比較器)是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。任何這樣的運動檢測器和運動檢測算法都可以應(yīng)用于本發(fā)明的實施例。
圖7是利用本發(fā)明運動-自適應(yīng)處理的場頻上變頻器的一個實施例的邏輯方塊圖。復(fù)合輸入視頻信號60被輸入捕捉塊70。復(fù)合輸入視頻信號60可以包括NTSC或PAL信號。捕捉塊70處理復(fù)合輸入視頻信號60以便產(chǎn)生和發(fā)送數(shù)據(jù)信號75(到幀緩沖器80)，輸入場奇偶校驗信號76(提供給比較器130)，和一個垂直同步信號72(作為輸入提供給同步控制塊120)。幀緩沖器80可以存儲多個數(shù)據(jù)信號部分(例如幀)，可以作為輸出提供一個輸入視頻信號的多個場，例如，當(dāng)前輸入場力線A和B，和在先輸入場力線C。幀緩沖器80可以同時發(fā)送這些輸出量到邊緣-自適應(yīng)插入器90(例如，當(dāng)前輸入場力線A和B)，到混合器100(例如，在先輸入場力線C)和到運動檢測器110，獲得來自幀緩沖器80的作為輸入量的一個復(fù)合信號105。復(fù)合信號105可以是包括在先場和當(dāng)前輸入場的運動信息的一個信號，例如，是當(dāng)前場和在先幀的亮度和色度信號。
邊緣-自適應(yīng)插入器90可以執(zhí)行邊緣-自適應(yīng)插入，以便按照例如插入法應(yīng)用的規(guī)定由當(dāng)前輸入場力線A和B產(chǎn)生一個插入線。運動檢測器110，如前所述，比較當(dāng)前場和在先輸入場以檢測顯示圖象的這兩場之間的運動并提供一個運動信號107給混合器100。運動信號107可以是從0到1的一個值，表示輸入場之間的運動的相關(guān)程度。當(dāng)前場信息(例如，線A)也可以不經(jīng)過處理提供給復(fù)用器140。混合器100采用運動信號107，在先輸入場數(shù)據(jù)(例如，線C)，和來自邊緣-自適應(yīng)插入器90的輸出信號作為輸入，包括來自當(dāng)前輸入場數(shù)據(jù)(例如，來自線A和B)的插入場?；旌掀?00獲得這些輸入量并執(zhí)行先前在圖5中所述的功能，以便產(chǎn)生圖5中的插入場45的數(shù)據(jù)。插入場45作為混合器100的輸出提供給復(fù)用器140。
垂直同步信號72是垂直同步信號，它包括復(fù)合輸入視頻信號60的垂直刷新率信息。對應(yīng)于按照本發(fā)明實施例的場頻上變頻頻率，同步控制塊120處理垂直同步信號72，產(chǎn)生一個輸出垂直同步信號160，和一個輸出場奇偶校驗信號165。因此，輸出垂直同步信號160可以包括例如，60Hz信號或75Hz信號，而輸入垂直同步信號72可以包括50Hz PAL信號。輸出場奇偶校驗信號165提供有效場的奇偶校驗以供顯示。輸出場奇偶校驗信號165可以和作為輸入場奇偶校驗信號76提供給比較器130的輸入場奇偶校驗相反。
比較器130采用輸出場奇偶校驗信號165和輸入場奇偶校驗信號76作為輸入并且作為輸出如果奇偶校驗信號是相同的提供一個邏輯“1”，如果它們是不同的就提供一個邏輯“0”。比較器130的輸出提供給復(fù)用器140作為選擇器信號190。如果選擇器信號190的值是邏輯“1”，對應(yīng)于輸出場和輸入場奇偶校驗相同，則復(fù)用器140選擇當(dāng)前輸入場數(shù)據(jù)(例如，線A)作為其輸出。復(fù)用器140的輸出是一個場頻上變頻輸出視頻信號150。如果選擇器信號190的值是邏輯“1”，則用于顯示的場的奇偶校驗和由其產(chǎn)生顯示場的當(dāng)前輸入場的奇偶校驗相同，并且不需要邊緣-自適應(yīng)插入，因為輸入和輸出信號的奇偶校驗不必一致。
如果取而代之，輸出場奇偶校驗135與輸入場奇偶校驗76不同，即插入場奇偶校驗與用于顯示的場的奇偶校驗不同，則比較器130的輸出是邏輯“0”。因此，輸入到復(fù)用器140的選擇器信號190是邏輯“0”，復(fù)用器140選擇來自混合器100的輸入作為其輸出(即，作為場頻上變頻輸出視頻信號150)。在這種情況下，場頻上變頻輸出視頻信號150包括來自當(dāng)前輸入場組分(例如線A和B)的邊緣-自適應(yīng)和運動-自適應(yīng)插入信號，在先輸入場數(shù)據(jù)(線C)，和來自運動檢測器110的運動信號107。在一些實施例中，所選擇的輸出是使用邊緣和運動自適應(yīng)插入產(chǎn)生的，因為要顯示的場的奇偶校驗和已經(jīng)由其復(fù)制的顯示場的場奇偶校驗是不同的。
能夠顯示75HZ PAL信號的電視機(jī)將具有高于普通PAL水平掃描頻率15.625KHZ的水平掃描頻率。由于較高的垂直刷新率和因為每場的行數(shù)是不變的(625行/幀)，這樣一種電視機(jī)將具有等于15.625*1.5KHZ的水平掃描頻率。因此，垂直刷新率等于水平掃描頻率/每場的行。對于普通PAL電視信號，垂直刷新率等于15625/(625/2)＝50HZ。因此，獲得具有不變的行/場的75HZ顯示，需要的水平掃描頻率是15.625*1.5。
對于這種電視機(jī)的NTSC輸入，不存在大面積閃爍的問題。不過，仍存在可見數(shù)據(jù)掃描線結(jié)構(gòu)問題。因為沒有大面積閃爍，就希望在速率上變頻NTSC輸入信號上不產(chǎn)生運動圖象跳動。對于NTSC輸入信號，NTSC規(guī)定60Hz垂直刷新率可以得到保持并提供令人滿意的顯示。因為對于NTSC信號的水平掃描頻率是較高的(例如，對于75Hz電視系統(tǒng)，水平掃描頻率是15.625×1.5KHz)，這意味著，在NTSC輸入上有更多的可能掃描線(1.5×75i電視機(jī)的行)。然后可見行結(jié)構(gòu)問題將得到解決。本發(fā)明實施例可以進(jìn)一步包括一個在輸入信號上的垂直縮放區(qū)(例如，產(chǎn)生更多的行/場的垂直定標(biāo))以便產(chǎn)生具有更多行的對應(yīng)的輸出場(例如，在75i電視機(jī)上，輸出場將具有240×1.5＝360有效行)。這是因為，普通NTSC信號包括每場240行。因此，正比于垂直尺度放大因數(shù)1.5，每場行數(shù)是360。
增加PAL輸入的垂直線數(shù)的最簡單方法是根據(jù)一個場的信息進(jìn)行垂直定標(biāo)。例如，1.5×尺度放大因數(shù)是75i電視機(jī)所需要的。這種電視機(jī)可以接收PAL和NTSC兩種信號，但是由于PAL的75i，水平掃描頻率是1.5×更高頻率。為了減少系統(tǒng)成本，希望保持PAL和NTSC兩者輸入相同的水平掃描頻率。不過，對于NTSC輸入，垂直刷新率是不增加的，這就是說1.5×垂直尺度放大對于NTSC輸入是需要的，以便得到和75i PAL輸入相同的水平掃描頻率。對于圖象的運動部分，這種方法是令人滿意的，并且不會產(chǎn)生邊界效應(yīng)。對于圖象的靜態(tài)部分，特別是對于具有高對比度垂直邊緣的區(qū)域，分辨率將較低。
對于靜態(tài)圖象區(qū)，和運動部分比較，垂直分辨率可能是雙倍的。如果垂直定標(biāo)是根據(jù)一個幀信息(兩場)進(jìn)行以便形成一個輸出場，則圖象質(zhì)量將大大改善。這意味著，一個場的行數(shù)可以通過至少兩種方法增加。垂直定標(biāo)的場對于圖象的運動部分是較好的，且垂直插入的幀對于圖象的靜態(tài)部分是較好的。
本發(fā)明的實施例可以利用運動和邊緣自適應(yīng)垂直行數(shù)增加法來增加一個場的行數(shù)。垂直定標(biāo)可以在具有當(dāng)前場的行的一半的幀格上進(jìn)行，遺漏行可以利用，例如，在插入法應(yīng)用中公開的運動和邊緣自適應(yīng)處理來產(chǎn)生。
圖8是一個網(wǎng)格，它可以用于執(zhí)行本發(fā)明實施例的垂直插入操作。圖8的實線200表示當(dāng)前場的行，虛線210表示插入場中的遺漏行，它可以利用運動和邊緣自適應(yīng)行數(shù)增加而產(chǎn)生。產(chǎn)生遺漏行210的過程和本發(fā)明實施例的50i到75i轉(zhuǎn)換中所使用的方法相同。利用這個方法，上變頻輸出場將在圖象靜態(tài)部分和圖象運動部分具有好的質(zhì)量。
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的實施例可以作為一個算法來實現(xiàn)，它被硬連線到一個集成電路，或者它們可以作為計算機(jī)可執(zhí)行軟件指令在任何計算機(jī)可讀介質(zhì)中被譯碼，例如，硬盤驅(qū)動器或集成電路RAM或ROM。因此，本發(fā)明實施例可以在MIPS處理機(jī)中的CPU上實現(xiàn)或在邏輯蝕刻的定制芯片中實現(xiàn)。一般，本發(fā)明實施例可硬連線，以便減少計算插入和產(chǎn)生遺漏行所必需的計算資源。本發(fā)明實施例可以在一個隔行一逐行轉(zhuǎn)換芯片上實現(xiàn)，例如在美國專利申請中所公開的那樣，其題為3D Y/C梳過濾器和隔行-逐行轉(zhuǎn)換器單片封裝的方法和系統(tǒng)(METHOD AND SYSTEM FOR SINGLE-CHIP INTEGRATION OF 3DY/C COMB FILTER AND INTERLACE-TO-PROGRESSIVE CONVERTER)，2001年10月20日提交，這里全面引入作為參考。
在前面的說明中，對已經(jīng)參照具體實施例本發(fā)明作了描述。不過，熟悉技術(shù)的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，可以理解，可以做出各種修改和變化而不脫離如下面權(quán)利要求書中所定義的本發(fā)明的范圍。因此，說明書和附圖可以認(rèn)為是解釋，而不是限制本發(fā)明，所有這些修改都包括在本發(fā)明的范圍之中。
益處，其它優(yōu)點和解決問題的辦法已經(jīng)在上面結(jié)合具體實施例進(jìn)行了描述。不過，益處，優(yōu)點，解決問題的辦法，和能引起任何益處，優(yōu)點或解決問題的辦法或使它變得更明顯的任何原理都不解釋為是任一或所有權(quán)利要求的決定性的，所要求的或?qū)嵸|(zhì)性特點或組成部分。
這里所使用的術(shù)語“comprising”，“ineludes”，“including”，“has”，“having”，或任何一個它們的變化，打算涉及非專有的包括。例如，包括一個單元表的一種過程，方法，物件，設(shè)備，不僅限于這些單元，還可能包括未明確列入的或?qū)@個過程，方法，物件或設(shè)備是固有的其它單元。進(jìn)一步，除非明確聲明有相反的意思，“or”表示一個包含意義的“or”，而不是一個專有意義的“or”。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參考實施例進(jìn)行了說明，應(yīng)當(dāng)理解，說明僅是舉例方式進(jìn)行的，不應(yīng)受到這種方式的限制。因此，可以進(jìn)一步理解，本發(fā)明實施例和本發(fā)明附加實施例的細(xì)節(jié)中的許多改變是明顯的，是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員參考本說明書可以做出的。因此，所有這樣的變化和附加實施例是在下面的權(quán)利要求所述的本發(fā)明的精神和真實范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種邊緣-自適應(yīng)幀頻上變頻系統(tǒng)，包括一個捕捉塊，用于接收和處理輸入信號；一個幀緩沖器，用于接收和處理上述捕捉塊輸出的數(shù)據(jù)信號；一個邊緣-自適應(yīng)插入器，用于從上述幀緩沖器輸出的一組當(dāng)前輸入場信號中產(chǎn)生一個插入場信號；一個運動檢測器，用于接收上述幀緩沖器輸出的復(fù)合信號，并處理上述復(fù)合信號以產(chǎn)生一個運動信號；一個混合器，用于接收來自上述幀緩沖器的在先輸入場信號，所述來自上述邊緣-自適應(yīng)插入器的插入場信號，和所述運動信號，并產(chǎn)生一個邊緣和運動-插入場信號；一個同步控制塊，用于處理來自所述捕捉塊的輸入垂直同步信號并產(chǎn)生一個輸出同步信號和一個輸出場奇偶校驗信號；一個比較器，用于接收和比較所述輸出場奇偶校驗信號和來自所述捕捉塊的輸入場奇偶校驗信號輸出；和一個復(fù)用器，用于根據(jù)比較器的輸出選擇，所述幀緩沖器輸出的一組所述當(dāng)前輸入場信號中的一個或所述邊緣和運動一插入場信號二者之一，并提供其以作為上變頻輸出信號。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述輸入信號包括一個PAL視頻信號。
3.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中在所述捕捉塊上處理所述輸入信號包括，從所述輸入信號產(chǎn)生，并作為所述捕捉塊的輸出提供輸出到所述幀緩沖器的所述數(shù)據(jù)信號所述垂直同步信號，和所述輸入場奇偶校驗信號。
4.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述數(shù)據(jù)信號包括所述輸入信號的場數(shù)據(jù)，所述垂直同步信號包括所述輸入信號的垂直刷新率信息，和所述輸入場奇偶校驗信號包括所述當(dāng)前輸入場信號的輸入場奇偶校驗信息。
5.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述幀緩沖器包括RAM。
6.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述當(dāng)前輸入場信號組包括一個第一當(dāng)前輸入場信號和一個第二當(dāng)前輸入場信號，每個場信號包括對應(yīng)于第一和第二輸入場顯示行的象素數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中所述邊緣-自適應(yīng)插入器可操作地執(zhí)行邊緣-自適應(yīng)插入，從所述第一和第二當(dāng)前輸入場信號產(chǎn)生所述插入場信號，其中所述插入場信號包括對應(yīng)于插入場顯示行的象素數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述復(fù)合信號包括所述在先輸入場信號的運動信息和所述當(dāng)前輸入場信號組的運動信息。
9.如權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述運動檢測器包括一個比較器，用于比較所述在先輸入場運動信息和所述來自當(dāng)前輸入場信號組的當(dāng)前輸入場信號的運動信息，以便檢測所顯示圖象的場之間的運動。
10.如權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述運動信號包括所述檢測的運動，其中所述運動信號可以具有在零和1之間的一個真實值。
11.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述運動信號可以具有在零和1之間的一個真實值，以表示在來自所述當(dāng)前輸入場信號組的當(dāng)前輸入場信號和所述在先輸入場信號之間的運動程度，其中在所述混合器上所述邊緣和運動-插入信號的產(chǎn)生包括如果所述運動信號是零值，則設(shè)置所述邊緣和運動-插入信號等于所述插入場信號；否則如果所述運動信號的值大于零，則設(shè)置所述運動插入信號等于，(1-所述運動信號值)和所述在先輸入場信號的積和所述插入場信號與所述運動信號值的積的和。
12.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述邊緣和運動-插入信號是利用邊緣-自適應(yīng)插入算法產(chǎn)生的。
13.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述輸出同步信號包括一個與所希望的場頻上變頻頻率對應(yīng)的垂直同步信號，其中所述輸出場奇偶校驗信號包括顯示場的奇偶校驗。
14.如權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述所希望的速率上變頻頻率是60Hz，其中所述輸入垂直同步信號的頻率是50Hz。
15.如權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述所希望的速率上變頻頻率是75Hz，其中所述輸入垂直同步信號的頻率是50Hz。
16.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中如果所述輸出場奇偶校驗信號和所述輸入場奇偶校驗信號具有相同的奇偶性，所述比較器輸出邏輯“1”，而如果所述輸出場奇偶校驗信號和所述輸入場奇偶校驗信號具有相反的奇偶性，所述比較器輸出邏輯“0”。
17.如權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中，如果所述比較器輸出邏輯“1”，則所述復(fù)用器選擇所述當(dāng)前輸入場信號之一作為上變頻輸出信號提供；且如果所述比較器輸出邏輯“0”，則所述復(fù)用器選擇所述邊緣和運動-插入場信號作為上變頻輸出信號提供。
18.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述上變頻輸出信號是一個60Hz上變頻輸出信號。
19.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述上變頻輸出信號是一個75Hz上變頻輸出信號。
20.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述輸出同步信號決定所述上變頻輸出信號的產(chǎn)生率。
21.如權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述同步信號是75Hz垂直同步信號。
22.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)在隔行-逐行轉(zhuǎn)換芯片上實現(xiàn)。
全文摘要
一種邊緣－自適應(yīng)幀頻上變頻的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明系統(tǒng)的一個實施例包括一個捕捉塊；一個幀緩沖器；一個邊緣－自適應(yīng)插入器；一全運動檢測器；一個混合器，用于接收來自幀緩沖器的在先輸入場信號，來自邊緣－自適應(yīng)插入器的插入場信號，和運動信號，并產(chǎn)生邊緣和運動插入場信號；一個同步控制塊用于處理來自捕捉塊的輸入垂直同步信號并產(chǎn)生輸出同步信號和輸出場奇偶校驗信號；一個比較器，用于接收和比較輸出場奇偶校驗信號和來自捕捉塊的輸入場奇偶校驗信號；一個復(fù)用器，根據(jù)比較器的輸出，選擇來自幀緩沖器的一組當(dāng)前輸入場信號中的一個或邊緣和運動－插入場信號的二者之一，并以此作為上變頻輸出信號提供。
文檔編號H04N7/01GK1471304SQ0314076
公開日2004年1月28日 申請日期2003年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月25日
發(fā)明者J·蔣, J 蔣 申請人:三叉微系統(tǒng)公司