專利名稱：產(chǎn)生高清晰度圖象的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與以下同時(shí)遞交的由與本發(fā)明相同的代理人代理的發(fā)明有關(guān)(1)高分辨圖像產(chǎn)生方法，No.08/496,793；以及(2)圖像信號內(nèi)插掃描行電路及其使用方法，No.08/496,795。
以上所列有關(guān)發(fā)明的主要內(nèi)容列為本發(fā)明的參考。
本發(fā)明屬圖像信號處理電路技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種在圖像信號中內(nèi)插掃描行的方法。
第一個(gè)彩色電視制式是在美國推出的，而在1953年12月美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)批準(zhǔn)了這個(gè)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。制定彩色電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)的大部分工作都是由美國國家電視制式委員會(NTSC)完成的。NTSC標(biāo)準(zhǔn)提供了廣播具有525掃描行(485行表示像素)、60場/秒和2∶1隔行掃描的圖像信號的標(biāo)準(zhǔn)。在美國、日本和許多其他國家中的電視廣播都采用NTSC標(biāo)準(zhǔn)。
與NTSC標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)?shù)臍W洲標(biāo)準(zhǔn)為要求625掃描行、50場/秒和2∶1隔行掃描的逐行倒相制(PAL)標(biāo)準(zhǔn)。另一個(gè)歐洲標(biāo)準(zhǔn)，SECAM，是60年代在法國開發(fā)的。與PAL一樣，SECAM也是625掃描行、50場/秒和2∶1隔行掃描制。
這三種標(biāo)準(zhǔn)NTSC、PAL和SECAM提供了具有隔行顯示格式(即每幀圖像由時(shí)間上分離、空間上在垂直方向偏移的兩場掃出)的模擬圖像源。

圖1例示了隔行掃描圖像信號中場的時(shí)間分離情況。圖像信號由一系列被使場同步的時(shí)間段隔開的交替的偶數(shù)場和奇數(shù)場組成。偶數(shù)場含有幀中偶數(shù)編號的掃描行，而奇數(shù)場含有奇數(shù)編號的掃描行。因此，NTSC的一場含有262.5掃描行。圖2示出了顯示奇數(shù)場的光柵的例子。
圖3例示了NTSC復(fù)合圖像信號的波形。所示波形只示出了兩個(gè)掃描行。波形中包括為每個(gè)掃描行設(shè)置的水平同步脈沖50和色同步信號52。
為了改善所發(fā)送的圖像和伴音的質(zhì)量，已經(jīng)對引入諸如高清晰度電視(HDTV)那樣的新電視標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了不少研究。新的傳輸標(biāo)準(zhǔn)將要求廣播臺和用戶雙方在新設(shè)備上大量投資。服從當(dāng)前廣播標(biāo)準(zhǔn)的一臺能象HDTV接收機(jī)那樣工作的電視接收機(jī)可以經(jīng)濟(jì)地達(dá)到與所提出的標(biāo)準(zhǔn)相同的目標(biāo)，而不需要用戶和廣播臺花費(fèi)大量改裝費(fèi)用。
因此就需要開發(fā)一種能根據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)電視傳輸格式(如NTSC，PAL或SECAM)廣播的圖像產(chǎn)生高清晰圖像的圖像系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明在所附各權(quán)利要求中具體指出。然而，通過以下結(jié)合附圖所作的詳細(xì)說明，可以更加清楚地看到本發(fā)明的其他一些特點(diǎn)，對本發(fā)明也可以有更深刻的了解。在這些附圖中圖1例示了隔行掃描圖像信號的時(shí)間方框圖；圖2例示了圖1的隔行掃描圖像信號所表示的光柵的圖形；圖3例示了NTSC圖像信號的一段波形；圖4例示了第一種采用本發(fā)明所提出的圖像增強(qiáng)電路的圖像系統(tǒng)的方框圖；圖5例示了第二種采用本發(fā)明所提出的圖像增強(qiáng)電路的圖像系統(tǒng)的方框圖；圖6例示了第三種采用本發(fā)明所提出的方法的圖像系統(tǒng)的方框圖；圖7例示了第四種采用本發(fā)明所提出的方法的圖像系統(tǒng)的方框圖；圖8例示了按照本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行非均勻內(nèi)插的原理圖；圖9例示了按照本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行線性非均勻內(nèi)插的示意圖；圖10例示了按照本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行非線性非均勻內(nèi)插的示意圖；圖11例示了利用圖4-7所示系統(tǒng)的方法的流程圖；圖12為圖4-7中所示變換器的詳細(xì)方框圖；圖13為圖4-7中所示本發(fā)明的圖像增強(qiáng)電路的詳細(xì)方框圖；圖14為圖4-7中所示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)圖像增強(qiáng)電路的詳細(xì)方框圖；圖15為使用圖13-14所示圖像增強(qiáng)電路的方法的流程圖；圖16為按本發(fā)明處理隔行掃描圖像信號方法的流程圖17為按本發(fā)明處理隔行掃描彩色圖像信號的方法的流程圖；圖18例示了采用至少圖4-7中所示圖像系統(tǒng)之一的廣播系統(tǒng)的示意圖；以及圖19例示了采用至少圖4-7中所示圖像系統(tǒng)之一的閉路廣播系統(tǒng)的示意圖。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了一種產(chǎn)生圖象信號的方法，該方法改善了由圖象信號表示的圖象的分辨率。本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是一種用于處理基于目前的電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)的圖象信號的方法，從傳統(tǒng)的電視廣播中得到高質(zhì)量的圖象。
圖4示出了采用本發(fā)明的實(shí)施例方法的第一圖像系統(tǒng)。這個(gè)圖像系統(tǒng)包括變換器70、存儲器72、圖像增強(qiáng)電路74、監(jiān)視器76和同步產(chǎn)生器78。變換器70用來將圖像信號80變換成一組色空間信號。圖像信號80的格式可以是遵從常用的電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)，如NTSC、PAL或SECAM。色空間信號可以構(gòu)造成表示在一個(gè)給定的色空間(如YIQ、YUV或RGB色空間)內(nèi)的值的二進(jìn)制字。色空間信號從變換器70傳送給存儲器72。存儲器72存儲與一個(gè)輸入幀相應(yīng)的一組色空間信號，為圖像增強(qiáng)電路74提供這些色空間信號。圖像增強(qiáng)電路74執(zhí)行相鄰色空間信號之間的非均勻內(nèi)插，產(chǎn)生一組表示一個(gè)輸出幀的內(nèi)插像素信號，這個(gè)輸出幀的垂直掃描行數(shù)比輸入幀的多。內(nèi)插像素信號可以結(jié)構(gòu)成表示在與色空間信號相同的色空間內(nèi)的值的二進(jìn)制字。
同步產(chǎn)生器78產(chǎn)生同步觸發(fā)信號86、采樣信號82和場同步信號92。所有這些信號都是根據(jù)圖像信號80產(chǎn)生的。同步觸發(fā)信號86送至存儲器72和圖像增強(qiáng)電路74，用來協(xié)調(diào)色空間信號從存儲器72向圖像增強(qiáng)電路74的傳送。采樣信號82用來同步變換器70和存儲器72的操作。如果圖像信號80是NTSC信號，采樣信號82、同步觸發(fā)信號86和場同步信號92就相應(yīng)為12.27MHz、24.54MHz和60Hz左右。
監(jiān)視器76顯示從圖像增強(qiáng)電路74接收的內(nèi)插像素信號所表示的圖像。通常，監(jiān)視器76可以是任何能接收和顯示由電子信號表示的可視圖像的裝置。例如監(jiān)視器76可以是用戶TV、投影TV、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或液晶顯示器(LCD)。
圖5例示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的第二種圖像系統(tǒng)。這種圖像系統(tǒng)包括圖4中所示的變換器70、存儲器72、同步產(chǎn)生器78和監(jiān)視器76。此外，這種優(yōu)選圖像系統(tǒng)還包括PLL(鎖相環(huán))104和圖像增強(qiáng)電路100，以使圖像系統(tǒng)可以改變輸出帕中的垂直掃描行數(shù)。PLL104根據(jù)場同步信號92產(chǎn)生至少一個(gè)高頻帶同步信號，送至圖像增強(qiáng)電路100，用來使圖像增強(qiáng)電路100傳送內(nèi)插像素信號。
圖6例示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的第三種圖像系統(tǒng)。與圖4所示圖像系統(tǒng)一樣，圖6所示圖像系統(tǒng)也包括變換器70、存儲器72、圖像增強(qiáng)電路74、同步產(chǎn)生器78和監(jiān)視器76。然而，除了這些部件以外，圖6所示圖像系統(tǒng)還包括一個(gè)將圖像增強(qiáng)電路74輸出的內(nèi)插像素信號變換成一組輸出格式信號的色空間變換器124。輸出格式信號送至監(jiān)視器76，由顯示器76顯示所表示的相應(yīng)圖像。輸出格式信號例如可以是RGB信號或YCrCb信號之類。色空間變換器124用于色空間信號與監(jiān)視器76的色空間是兩個(gè)不同的色空間的情況。例如，變換器70可能產(chǎn)生一組YUV信號作為輸入，而監(jiān)視器76卻是要求RGB信號作為輸入。在這種情況下，色空間變換器124就要將YUV信號變換成相應(yīng)的RGB信號。
圖7例示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的方法的第四種圖像系統(tǒng)。這種圖像系統(tǒng)也包括圖5中的變換器70、存儲器72、同步產(chǎn)生器78、監(jiān)視器76、圖像增強(qiáng)電路100和PLL104。此外，這種圖像系統(tǒng)還包括一個(gè)將圖像增強(qiáng)電路100輸出的內(nèi)插像素信號變換成一組輸出格式信號。輸出格式信號送至監(jiān)視器76，由監(jiān)視器76顯示所表示的相應(yīng)圖像。輸出格式信號例如可以是RGB信號或YCrCb信號之類。
圖像增強(qiáng)電路100和PLL104可以使圖像系統(tǒng)改變輸出帕內(nèi)垂直掃描行數(shù)。PLL104根據(jù)場同步信號92產(chǎn)生至少一個(gè)高頻帶同步信號。這個(gè)高頻帶同步信號按場同步信號鎖相，頻率為場同步信號的整數(shù)倍。PLL104將高頻帶同步信號送至圖像增強(qiáng)電路100和色空間變換器124。
圖8原理性地例示了按本發(fā)明實(shí)施例執(zhí)行的非均勻內(nèi)插情況。圖像系統(tǒng)所接收的圖像信號80包括一組掃描行，圖8示出了其中的四個(gè)掃描行。每個(gè)掃描行包括一組色信號。這些掃描行按照在一個(gè)幀內(nèi)的相對垂直位置加以檢索，從k至k+1。圖像系統(tǒng)對輸入圖像信號進(jìn)行處理，產(chǎn)生相應(yīng)的一組輸出掃描行。每個(gè)輸出掃描行包括一組內(nèi)插像素信號。在所例示的情況下，對每對相鄰掃描行中的色空間信號的內(nèi)插產(chǎn)生內(nèi)插像素的三個(gè)輸出掃描行。前三個(gè)輸出掃描行根據(jù)輸入掃描行k和k+1通過非均勻內(nèi)插產(chǎn)生。輸出掃描行在此表示成均勻間隔的，但非均勻內(nèi)插也能用來產(chǎn)生不規(guī)則間隔的輸出掃描行。此外，一對相鄰的輸入掃描行通過非均勻內(nèi)插可產(chǎn)生任何數(shù)量的相應(yīng)輸出掃描行。例如，一個(gè)每幀具有接近485個(gè)掃描行的NTST可以通過非均勻內(nèi)插產(chǎn)生具有700、800、900、1000、1200或1920個(gè)掃描行的輸出幀。
圖9例示了按照本發(fā)明實(shí)施例執(zhí)行的線性非均勻內(nèi)插的情況。對于原就熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員來說，顯然線性內(nèi)插只是非線性內(nèi)插的一種特殊情況。線性非均勻內(nèi)插根據(jù)下式進(jìn)行yi＝c1ik·dk+c2ik·dk+1式1其中yi表示內(nèi)插像素信號，dk和dk+1表示一對相鄰的色空間信號，c1ik表示第一系數(shù)，c2ik表示第二系數(shù)，而i和k分別表示與輸出掃描行和輸入掃描行相應(yīng)的整數(shù)序號。系數(shù)c1ik和c2ik可以選成滿足c1ik+c2ik＝1，而0≤c1ik，c2ik≤1的權(quán)系數(shù)。在圖9中，內(nèi)插像素信號yi與分別位于輸入掃描行k和k+1內(nèi)的相鄰色空間信號d1和d2相應(yīng)。變量x1、x2和x3表示距離。系數(shù)c1ik和c2ik可以確定為c1ik＝x1/x3式2c2ik＝x2/x3式3圖10例示了按照本發(fā)明實(shí)施例執(zhí)行的非線性非均勻內(nèi)插的情況。圖10示出的是按下式進(jìn)行的二階非線性內(nèi)插yi＝c1ik·dk+c2ik·dk+1+c3ik·dk+2式4其中yi表示內(nèi)插像素信號，dk、dk+1和dk+2表示三個(gè)相繼相鄰的色空間信號，c1ik表示第一系數(shù)，c2ik表示第二系數(shù)，c3ik表示第三系數(shù)，而i和k分別表示與輸出掃描行和輸入掃描行相應(yīng)的整數(shù)序號。系數(shù)可以選擇成權(quán)系數(shù)。雖然圖10示出的是二階非線性內(nèi)插，但本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可采用任何n階非線性內(nèi)插。此外，可以根據(jù)n階多項(xiàng)式來進(jìn)行非線性內(nèi)插。
在圖10中，內(nèi)插像素信號yi與分別位于輸入掃描行k、k+1和k+2內(nèi)的相鄰色空間信號d1、d2和d3相應(yīng)。具體地說，通過對三個(gè)相鄰色空間信號進(jìn)行二次內(nèi)插，得出內(nèi)插像素信號。變量x1、x2、x3、x4、x5和x6分別表示相應(yīng)的距離。各系數(shù)可確定為c1ik＝(x6·x3)/(x5·x1)式5c2ik＝(x6·x4)/(x2·x1)式6c3ik＝(x4·x3)/(x5·x2)式7圖11例示了采用圖4-7所示圖像系統(tǒng)處理圖像信號的方法的流程圖。在方框170，圖像信號80發(fā)向至少一個(gè)接收機(jī)。在方框172，圖像信號被一個(gè)接收機(jī)接收。這個(gè)接收機(jī)配有一個(gè)體現(xiàn)本發(fā)明的圖像系統(tǒng)。例如，接收機(jī)可以是一個(gè)用戶TV、投影TV、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、液晶顯示器(LCD)TV、LCD計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或任何其他能接收和顯示由電子信號表示的可視圖像的裝置。
在方框174，根據(jù)圖像信號80產(chǎn)生同步觸發(fā)信號86和采樣信號82。同步觸發(fā)信號86送至存儲器72和圖像增強(qiáng)電路74、100，協(xié)調(diào)將色空間信號從存儲器72傳送給圖像增強(qiáng)電路74、100。而且，采樣信號82送至變換器70和存儲器72，同步它們的操作。
在方框176，圖像信號80變換成一組表示一個(gè)輸入幀的色空間信號。然后在方框178，表示輸入幀的這些色空間信號存入存儲器72。雖然存儲器72可以配置成大到是以存儲整個(gè)一帕的色空間信號，但原就熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員可以理解，如果圖像信號80是兩場交叉的，則存儲器72只需存儲與兩場中的一場相應(yīng)色空間信號。
在方框180，執(zhí)行相鄰色空間信號之間的非均勻內(nèi)插，產(chǎn)生一組表示一個(gè)具有比輸入幀更多的垂直掃描行的輸出幀的內(nèi)插像素信號。非均勻內(nèi)插可以根據(jù)線性或非線性內(nèi)插進(jìn)行。
在方框182，內(nèi)插像素信號所表示的圖像由監(jiān)視器76加以顯示。
圖12是圖4-7中所示的變換器70的詳細(xì)方框圖。變換器70包括A/D變換器190、信號變換器192和解碼器194。A/D變換器190將圖像信號80數(shù)字化成一組相應(yīng)的二進(jìn)制編碼信號。信號變換器192根據(jù)這些二進(jìn)制編碼信號產(chǎn)生一組色度信號和一組亮度信號。接收到色度和亮度信號后，解碼器194產(chǎn)生相應(yīng)的色空間信號。A/D變換器190、信號變換器192和解碼器194的操作都由采樣信號82同步。
圖13是圖4-7所示的一種圖像增強(qiáng)電路74，100的詳細(xì)方框圖。這種圖像增強(qiáng)電路可以用來根據(jù)式1給出的函數(shù)計(jì)算非均勻內(nèi)插。圖像增強(qiáng)電路包括一組內(nèi)插電路208a-c、存儲器202、控制單元200、行緩存器204、延遲緩存器206和輸出緩存器218。雖然圖像增強(qiáng)電路可以包括任何數(shù)量的內(nèi)插電路，但通常是為每個(gè)彩色分量配置一個(gè)內(nèi)插電路。例如，對單色圖像信號進(jìn)行非均勻內(nèi)插就只需要一個(gè)內(nèi)插電路。圖13所例示的圖像增強(qiáng)電路用來處理具有多達(dá)三個(gè)彩色分量的圖像信號(例如RGB信號)，因此，這個(gè)電路包括三個(gè)內(nèi)插電路208a-c。
雖然熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員可以理解，這種圖像增強(qiáng)電路能執(zhí)行任何格式圖像信號的非均勻內(nèi)插，但是以下結(jié)合圖11和12可進(jìn)行的說明將以RGB信號為例來說明這種圖像增強(qiáng)電路的各種形式的功能。
內(nèi)插電路208a-c根據(jù)在數(shù)據(jù)輸入總線上接收到的一組色空間信號產(chǎn)生一組內(nèi)插像素信號。數(shù)據(jù)輸入總線包括紅色總線224、綠色總線226和藍(lán)色總線228。在所示的這個(gè)例子中，紅色內(nèi)插電路208a通過紅色總線224接收表示RGB信號中紅色分量的色空間信號，綠色內(nèi)插電路208b通過綠色總線226接收表示RGB信號中綠色分量的色空間信號，而藍(lán)色內(nèi)插電路208c通過藍(lán)色總線228接收表示RGB信號中藍(lán)色分量的色空間信號。
每個(gè)內(nèi)插電路執(zhí)行相鄰色空間信號之間的非均勻內(nèi)插，因此至少包括一個(gè)用來計(jì)算非均勻內(nèi)插的算術(shù)電路210a-i。雖然一個(gè)內(nèi)插電路可以包括任何數(shù)量的算術(shù)電路，但在所舉的這個(gè)例子中每個(gè)內(nèi)插電路包括三個(gè)算術(shù)電路。每個(gè)算術(shù)電路包括一個(gè)第一乘法器、一個(gè)第二乘法器和一個(gè)加法器，用來產(chǎn)生內(nèi)插像素信號。例如，紅色內(nèi)插電路208a包括三個(gè)紅色算術(shù)電路210a-c，綠色內(nèi)插電路208b包括三個(gè)綠色算術(shù)電路210d-f，藍(lán)色內(nèi)插電路208c包括三個(gè)藍(lán)色算術(shù)電路210g-i。
算術(shù)電路210a-i的工作情況可以參照第一紅色算術(shù)電路210a為例加以說明。如圖中所示，第一紅色算術(shù)電路210a包括第一乘法器212、第二乘法器214和加法器216。第一乘法器212將在紅色總線224上接收到的紅色分量信號與一個(gè)系數(shù)相乘，產(chǎn)生第一乘積信號。第二乘法器214將所存儲的紅色分量與另一個(gè)系數(shù)相乘，產(chǎn)生第二乘積信號。加法器216將第一和第二乘積信號相加，得出內(nèi)插紅色像素信號。這兩個(gè)系數(shù)通常具有不同的值，然而在某些情況下，例如產(chǎn)生的輸出掃描行離輸入掃描行的距離相等，可以具有相同的值。
存儲器202用來存儲系數(shù)和為內(nèi)插電路208a-c提供至少一個(gè)系數(shù)。在所示的這個(gè)例子中，用于紅色分量色空間信號的非均勻內(nèi)插的系數(shù)通過紅色存儲器總線238傳送，用于綠色分量色空間信號的非均勻內(nèi)插的系數(shù)通過綠色存儲器總線204傳送，而用于藍(lán)色分量色空間信號的非均勻內(nèi)插的系數(shù)通過藍(lán)色存儲器總線242傳送。
控制單元200產(chǎn)生存儲器202可用來檢索至少一個(gè)系數(shù)的地址236?？刂茊卧?00是根據(jù)接收到的與正要內(nèi)插的相鄰色空間信號相應(yīng)的掃描行地址222來產(chǎn)生地址236的?？刂茊卧?00是可編程的，以改變出現(xiàn)內(nèi)插像素信號的掃描行的數(shù)量。這是通過控制單元200接收一個(gè)指令220、對這個(gè)指令進(jìn)行解碼以選擇一個(gè)不同的地址偏移值、再將這個(gè)地址偏移值納入地址236來實(shí)現(xiàn)的。地址偏移值實(shí)質(zhì)上指向含有另一組系數(shù)的不同存儲空間。在這種圖像增強(qiáng)電路的一種實(shí)施方式中，存儲器202存儲著好幾組系數(shù)以產(chǎn)生每幀具有700、800、900、1000、1200或1920掃描行的輸出幀。
控制單元200還能產(chǎn)生分別送至行緩存器204、延遲緩存器206和輸出緩存器218的各控制信號。這些控制信號可以用來協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳送，或者用來對這些緩存器進(jìn)行初始化或復(fù)位。此外，控制單元200還產(chǎn)生一個(gè)輸出同步信號234，用來使數(shù)據(jù)通過第一輸出總線230或第二輸出總線232傳送出去。
行緩存器204和延遲緩存器206構(gòu)成了一個(gè)存儲與一個(gè)掃描行相應(yīng)的色空間信號的緩存器。延遲緩存器206接收表示一個(gè)掃描行的色空間信號序列。接收到與一個(gè)完整的掃描行相應(yīng)的色空間信號序列后，延遲緩存器206就將它的內(nèi)容傳送給行緩存器204。此時(shí)，延遲緩存器206開始存儲下一個(gè)掃描行的色空間信號，而行緩存器204保存著剛結(jié)束的這個(gè)掃描行的色空間信號。存儲在行緩存器204內(nèi)的色空間信號通過相應(yīng)的緩存器總線分配給內(nèi)插電路208a-c。紅色緩存器總線244使行緩存器204與紅色內(nèi)插電路208a連接。綠色緩存器總線246使行緩存器204與綠色內(nèi)插電路208b連接。藍(lán)色緩存器總線248使行緩存器204與藍(lán)色內(nèi)插電路208c連接。實(shí)際上，行緩存器204和延遲緩存器206就像一個(gè)雙重緩存器，存儲相鄰的兩個(gè)掃描行的色空間信號。
輸出緩存器218接收來自內(nèi)插電路208a-c的內(nèi)插像素信號，而將當(dāng)前輸出掃描行的內(nèi)插像素信號送至輸出總線230-232。那些不屬于當(dāng)前輸出掃描行的內(nèi)插像素信號暫時(shí)存儲在輸出緩存器218內(nèi)。每個(gè)輸出總線230-232能同時(shí)發(fā)送RGB信號的紅、綠、藍(lán)內(nèi)插像素信號。配置兩個(gè)總線是為了增加輸出的帶寬。通常，輸出掃描行以比輸入掃描行更高的頻率發(fā)送。
輸出緩存器218還可以根據(jù)需要包括一個(gè)在同一掃描行內(nèi)的相鄰像素之間進(jìn)行內(nèi)插的裝置(未示出)，以增加輸出掃描行的像素?cái)?shù)。輸出緩存器218內(nèi)進(jìn)行的內(nèi)插可以是線性或非線性的非均勻內(nèi)插。例如，可以按式1或4進(jìn)行內(nèi)插。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，這種內(nèi)插裝置通過就是對相鄰像素取平均來產(chǎn)生水平內(nèi)插像素。通過掃描行內(nèi)的內(nèi)插，也就是說執(zhí)行二維內(nèi)插，所得到的圖像信號所表示的圖像的清晰度可以有進(jìn)一步的提高。
圖14為圖4-7中所示的另一種圖像增強(qiáng)電路的詳細(xì)方框圖。這種圖像增強(qiáng)電路可以根據(jù)式4給出的函數(shù)計(jì)算非均勻內(nèi)插。這種圖像增強(qiáng)電路包括內(nèi)插電路272a-c、存儲器202、控制單元200、第一行緩存器266、第二行緩存器268、延遲緩存器206和輸出緩存器218。雖然圖像增強(qiáng)電路可以包括任何數(shù)量的內(nèi)插電路，但通常是為每個(gè)彩色分量配置一個(gè)內(nèi)插電路。例如，對單色圖像信號進(jìn)行非均勻內(nèi)插就只需要一個(gè)內(nèi)插電路。圖14所例示的圖像增強(qiáng)電路用來處理具有多達(dá)三個(gè)彩色分量的圖像信號(例如RGB信號)，因此，這個(gè)電路包括三個(gè)內(nèi)插電路272a-c。
內(nèi)插電路272a-c根據(jù)在數(shù)據(jù)輸入總線上接收到的一組色空間信號產(chǎn)生一組內(nèi)插像素信號。每個(gè)內(nèi)插電路272a-c能同時(shí)產(chǎn)生多達(dá)三個(gè)內(nèi)插像素信號。數(shù)據(jù)輸入總線包括紅色總線224、綠色總線226和藍(lán)色總線228。在所示的這個(gè)例子中，紅色內(nèi)插電路272a通過紅色總線224接收表示RGB信號中紅色分量的色空間信號，綠色內(nèi)插電路272b通過綠色總線226接收表示RGB信號中綠色分量的色空間信號，而藍(lán)色內(nèi)插電路272c通過藍(lán)色總線228接收表示RGB信號中藍(lán)色分量的色空間信號。
每個(gè)內(nèi)插電路執(zhí)行相鄰色空間信號之間的非線性非均勻內(nèi)插，因此至少包括一個(gè)用來計(jì)算非均勻內(nèi)插的算術(shù)電路274a-i。雖然一個(gè)內(nèi)插電路可以包括任何數(shù)量的算術(shù)電路，但在所舉的這個(gè)例子中每個(gè)內(nèi)插電路包括三個(gè)算術(shù)電路。每個(gè)算術(shù)電路包括一個(gè)第一乘法器、一個(gè)第二乘法器、一個(gè)第三乘法器、一個(gè)第一加法器和一個(gè)第二加法器，用來產(chǎn)生內(nèi)插像素信號。例如，紅色內(nèi)插電路272a包括三個(gè)紅色算術(shù)電路274a-c，綠色內(nèi)插電路272b包括三個(gè)綠色算術(shù)電路274d-f，藍(lán)色內(nèi)插電路272c包括三個(gè)藍(lán)色算術(shù)電路274g-i。
算術(shù)電路274a-i的工作情況可以參照第一紅色算術(shù)電路274a為例加以說明。如圖中所示，第一紅色算術(shù)電路274a包括第一乘法器286、第二乘法器288、第三乘法器290、第一加法器284和第二加法器282。第一乘法器286將紅色分量信號與一個(gè)系數(shù)相乘，產(chǎn)生第一乘積信號。第二乘法器288將第一存儲紅色分量信號與另一個(gè)系數(shù)相乘，產(chǎn)生第二乘積信號。第一加法器284將第一乘積信號與第二乘積信號相加，得到第一和信號。第三乘法器290將第二存儲紅色分量信號與又一個(gè)系數(shù)相乘，產(chǎn)生第二乘積信號。第二加法器282將第一和信號與第三乘積信號相加，得出內(nèi)插紅色像素信號。這些系數(shù)通常具有不同的值，然而在某些情況下，例如產(chǎn)生的輸出掃描行離輸入掃描行的距離相等，可以具有相同的值。
存儲器202用來存儲系數(shù)和為內(nèi)插電路272a-c提供至少一個(gè)系數(shù)。在所示的這個(gè)例子中，用于紅色分量色空間信號的非線性非均勻內(nèi)插的系數(shù)通過紅色存儲器總線276傳送，用于綠色分量色空間信號的系數(shù)通過綠色存儲器總線278傳送，而用于藍(lán)色分量色空間信號的系數(shù)通過藍(lán)色存儲器總線280傳送。
控制單元200產(chǎn)生存儲器202可用來檢索至少一個(gè)系數(shù)的地址236?？刂茊卧?00是根據(jù)接收到的與正要內(nèi)插的相鄰色空間信號相應(yīng)的掃描行地址222來產(chǎn)生地址236的?？刂茊卧?00是可編程的，以改變出現(xiàn)內(nèi)插像素信號的掃描行的數(shù)量。這是通過控制單元200接收一個(gè)指令220、對這個(gè)指令進(jìn)行解碼以選擇一個(gè)不同的地址偏移值、再將這個(gè)地址偏移值納入地址236來實(shí)現(xiàn)的。地址偏移值實(shí)質(zhì)上指向含有另一組系數(shù)的不同存儲空間。在這種圖像增強(qiáng)電路的一種實(shí)施方式中，存儲器202存儲著好幾組系數(shù)以產(chǎn)生每幀具有700、800、900、1000、1200或1920掃描行的輸出幀。
控制單元200還能產(chǎn)生分別送至第一行緩存器266、第二行緩存器268、延遲緩存器206和輸出緩存器218的各控制信號。這些控制信號可以用來協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳送，或者用來對這些緩存器進(jìn)行初始化或復(fù)位。此外，控制單元200還產(chǎn)生一個(gè)輸出同步信號234，用來使數(shù)據(jù)通過第一輸出總線230或第二輸出總線232傳送出去。
第一行緩存器266、第二行緩存器268和延遲緩存器206構(gòu)成了一個(gè)存儲與三個(gè)相繼的掃描行相應(yīng)的色空間信號的緩存器。延遲緩存器206接收表示一個(gè)掃描行的色空間信號序列。接收到與一個(gè)完整的掃描行相應(yīng)的序列后，延遲緩存器206就將它的內(nèi)容傳送給第二行緩存器268。此時(shí)，延遲緩存器206開始存儲下一個(gè)掃描行的色空間信號，而第二行緩存器268保存著剛結(jié)束的這個(gè)掃描行的色空間信號。接收到下一個(gè)掃描行后，第二行緩存器268的內(nèi)容轉(zhuǎn)至第一行緩存器266，而延遲緩存器206的內(nèi)容轉(zhuǎn)至第二行緩存器268。此時(shí)，第一和第二行緩存器存有二個(gè)相鄰掃描行的色空間信號。存儲在第一行緩存器266和第二行緩存器268的色空間信號通過各自相應(yīng)緩存器總線分配給內(nèi)插電路272a-c。第一紅色緩存器總線281使第一行緩存器266與紅色內(nèi)插電路272a，而第二紅色緩存器總線287使第二行緩存器286與紅色內(nèi)插電路272a連接。第一綠色緩存器總線283使第一行緩存器266與綠色內(nèi)插電路272b連接，而第二綠色緩存器總線289使第二行緩存器268與綠色內(nèi)插電路272b連接。第一藍(lán)色緩存器總線285使第一行緩存器266與藍(lán)色內(nèi)插電路272c連接，而第二藍(lán)色緩存器總線291使第二行緩存器268與藍(lán)色內(nèi)插電路272c連接。實(shí)際上，第一行緩存器266、第二行緩存器268和延遲緩存器206就像一個(gè)三重緩存器，存儲三個(gè)相鄰掃描行的色空間信號。
輸出緩存器218接收來自內(nèi)插電路272a-c的內(nèi)插像素信號，而將當(dāng)前輸出掃描行的內(nèi)插像素信號送至輸出總線230-232。那些不屬于當(dāng)前輸出掃描行的內(nèi)插像素信號暫時(shí)存儲在輸出緩存器218內(nèi)。每個(gè)輸出總線230-232能同時(shí)發(fā)送RGB信號的紅、綠、藍(lán)內(nèi)插像素信號。配置兩個(gè)總線是為了增加輸出的帶寬。通常，輸出掃描行以比輸入掃描行更高的頻率發(fā)送。
輸出緩存器218還可以根據(jù)需要包括一個(gè)在同一掃描行內(nèi)的相鄰像素之間進(jìn)行內(nèi)插的裝置(未示出)，以增加輸出掃描行的像素?cái)?shù)。輸出緩存器218內(nèi)進(jìn)行的內(nèi)插可以是線性或非線性的非均勻內(nèi)插。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，這種內(nèi)插裝置通過就是對相鄰像素取平均來產(chǎn)生水平內(nèi)插像素。通過掃描行內(nèi)的內(nèi)插，也就是說執(zhí)行二維內(nèi)插，所得到的圖像信號所表示的圖像的清晰度可以有進(jìn)一步的提高。
雖然本發(fā)明的圖像增強(qiáng)電路最好用諸如ASIC之類的集成電路來實(shí)現(xiàn)，然而熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員可以理解，本發(fā)明的圖像增強(qiáng)電路既可以用硬件實(shí)現(xiàn)，也可以用軟件實(shí)現(xiàn)，或者用硬件和軟件一起實(shí)現(xiàn)。
圖15為使用圖13-14所示圖像增強(qiáng)電路產(chǎn)生一組內(nèi)插像素信號的方法的流程圖。在方框300，在數(shù)據(jù)輸入總線上接收到一組相鄰色空間信號。
在方框302，從存儲器202中選出至少一個(gè)與這組相鄰色空間信號相應(yīng)的系數(shù)。這是通過控制單元200接收到與相鄰色空間信號相應(yīng)的掃描行地址222。進(jìn)行解碼后產(chǎn)生地址236，再從存儲器202中檢索出存儲在地址236的系數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。通過對指令220的解碼，控制單元200可以產(chǎn)生一個(gè)用來選擇不同的系數(shù)組的地址偏移值。實(shí)際上，控制單元200通過選擇不同的系數(shù)組改變出現(xiàn)內(nèi)插像素信號的掃描行的行數(shù)。
在方框304，利用檢索出的系數(shù)在相鄰色空間信號之間進(jìn)行非均勻內(nèi)插，產(chǎn)生一組內(nèi)插像素信號。圖13所示圖像增強(qiáng)電路根據(jù)式1給出的函數(shù)執(zhí)行線性內(nèi)插，而圖14所示圖像增強(qiáng)電路根據(jù)式4給出的函數(shù)執(zhí)行二階非線性內(nèi)插。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員可以理解，圖像增強(qiáng)電路的這種設(shè)想可以擴(kuò)展到采用執(zhí)行高于二階的非線性內(nèi)插的算術(shù)電路。例如，圖14中所示的內(nèi)插電路272a-c可以包括執(zhí)行二階、四階或五階內(nèi)插的算術(shù)電路。
圖16例示了通過處理內(nèi)插圖像信號產(chǎn)生高分辨圖像信號的方法的流程圖。圖4-7所示的這些圖像系統(tǒng)可以用來實(shí)現(xiàn)這種方法。采用這種方法可以產(chǎn)生掃描行數(shù)比隔行掃描的圖像信號更多的高分辨圖像信號。
在方框360，接收到具有兩個(gè)相繼場的隔行掃描的圖像信號。這種隔行掃描的圖像信號可以是按照常規(guī)的電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)如PAL、NTSC或SECAM格式化的。在這種信號中，兩個(gè)相繼的場一個(gè)具有偶掃描行，一個(gè)具有奇掃描行。在大多數(shù)情況下，隔行掃描的圖像信號是一個(gè)連續(xù)信號，包括比兩場多的一系列場。
在方框362，隔行掃描的圖像信號被數(shù)字化，產(chǎn)生一個(gè)具有一組與兩個(gè)相繼場相應(yīng)的數(shù)字化場的數(shù)字圖像信號。通常，隔行掃描圖像信號的場與數(shù)字化的場是一一對應(yīng)的。然而，這種方法也可用于許多希望從單個(gè)隔行掃描場產(chǎn)生兩個(gè)或更多個(gè)數(shù)字化的場的情況，例如，在單獨(dú)對由這個(gè)隔行掃描場表示的一個(gè)圖像的某些部分進(jìn)行操作時(shí)。
在方框364，數(shù)字化場合并成包括偶掃描行和奇掃描行的幀。合并場通常需要將先接收的場存儲起來，然后將它與相繼接收的場合并。然而，這里所介紹的方法并不局限于具體的合并場的過程。
然后，在方框366，在幀的相鄰掃描行之間進(jìn)行非均勻內(nèi)插，產(chǎn)生高分辨圖像信號。高分辨圖像信號具有比隔行掃描圖像信號更多的垂直掃描行。
在方框368，將高分辨圖像信號所表示的圖像在如圖4-7中所示的監(jiān)視器76那樣的監(jiān)視器上加以顯示。
可以重復(fù)執(zhí)行方框360 368的各個(gè)步驟產(chǎn)生一系列帕，因而得到相應(yīng)的一系列圖像。由高分辨圖像信號表示的運(yùn)動畫面可以通過使每一幀分別與不同的相繼兩場相應(yīng)得出。
圖17例示了通過處理隔行掃描的彩色圖像信號產(chǎn)生高分辨圖像信號的方法的流程圖。圖4-7所示的這些圖像系統(tǒng)可以用來實(shí)現(xiàn)這種方法。除了在圖16中所示的這些步驟以外，圖17的方法還包括在方框374中給出的步驟。在方框374，數(shù)字圖像信號被解碼成一組彩色分量信號。這些彩色分量信號分別表示一個(gè)色空間的各個(gè)分量。例如，在RGB色空間中，一個(gè)彩色分量信號表示紅空間，另一個(gè)表示綠空間，而第三個(gè)表示藍(lán)空間。
這種方法的剩下的幾個(gè)步驟示于方框376-380中，是對每個(gè)彩色分量都執(zhí)行的。這里還是以RGB色空間為例加以說明。在方框376，兩個(gè)相繼的紅色場合并成一個(gè)包括偶掃描行和奇掃描行的紅色幀。同樣，兩個(gè)相繼的綠色場合并成一個(gè)綠色幀，而兩個(gè)相繼的藍(lán)色場合并成一個(gè)藍(lán)色幀。在方框378，對于每種彩色在各自分量幀的相鄰掃描行之間進(jìn)行非均勻內(nèi)插?？傻玫降母鞑噬至康膬?nèi)插像素形成了表示這個(gè)色空間的高分辨圖像信號。高分辨圖像信號具有比原來的隔行掃描圖像信號更多的垂直掃描行。在方框380，將高分辨圖像信號所表示的彩色圖像在如圖4-7中所示的監(jiān)視器76那樣的監(jiān)視器上加以顯示。
可以重復(fù)掃行方框370-380的各個(gè)步驟產(chǎn)生一系列幀，因而得到相應(yīng)的一系列圖像。由高分辨圖像信號表示的彩色運(yùn)動畫面可以通過使每一幀分別與不同的相繼兩場相應(yīng)得出。
圖18例示了一個(gè)應(yīng)用至少在圖4-7所示的一個(gè)圖像系統(tǒng)的廣播系統(tǒng)的示意圖。這個(gè)廣播系統(tǒng)包括廣播臺420和接收機(jī)424。廣播臺420包括發(fā)射圖像信號422的發(fā)射機(jī)421。圖像信號422經(jīng)大氣空間傳播到接收機(jī)422。發(fā)射機(jī)421可以包括地面天線、微波中繼站或衛(wèi)星。圖像信號可以包括按諸如NTSC、PAL、SECAM那樣的常規(guī)電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)或任何變型格式化的廣播信息。接收機(jī)424包括本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以是任何能接收圖像信號和顯示所發(fā)送的圖像的裝置。例如，接收機(jī)424可以包括一個(gè)彩色電視接收機(jī)、投影屏蔽TV或計(jì)算機(jī)。
圖19例示了一個(gè)應(yīng)用至少在圖4-7所示的一個(gè)圖像系統(tǒng)的閉路廣播系統(tǒng)的示意圖。這個(gè)閉路廣播系統(tǒng)包括圖像源430、傳輸媒體(如電纜)432和接收機(jī)434。圖像源430包括發(fā)送圖像信號的發(fā)射機(jī)。圖像信號經(jīng)傳輸媒體432播送給接收機(jī)434。圖像源430可以包括盒式放像機(jī)、重放圖像的攝像機(jī)，或者CD ROM。圖像信號可以包括按諸如NTSC、PAL、SECAM那樣的常規(guī)電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)或任何變型格式化的廣播信息。接收機(jī)434可以是任何包括本發(fā)明的實(shí)施例、能接收圖像信號和顯示所發(fā)送的圖像的裝置。例如，接收機(jī)434可以包括一個(gè)電視機(jī)、投影屏幕TV或計(jì)算機(jī)。
因此，以上對采用包括非均勻內(nèi)插產(chǎn)生改善的電視方法的設(shè)想和包括一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一些實(shí)施例作了說明。正如上面所說明的那樣，這種方法的各種實(shí)施例及其使用方法由于執(zhí)行非均勻內(nèi)插實(shí)時(shí)增多了圖像信號中的掃描行數(shù)，因此產(chǎn)生了質(zhì)量大大改善的電視圖像。
雖然以上列舉和說明了本發(fā)明的一些具體的實(shí)施例，但對于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員來說，顯然可以看到所揭示的本發(fā)明可以在許多方面加以修改，可以有許多與以上特別提出和說明的優(yōu)選方式不同的實(shí)施方式。
因此，所附權(quán)利要求旨在保護(hù)一切根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)加以修改的屬于本發(fā)明專利保護(hù)范圍的本發(fā)明實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種在圖象接收機(jī)中產(chǎn)生高清晰度圖象的方法，包括下述步驟(a)接收具有兩個(gè)連續(xù)場的隔行掃描圖象信號，兩個(gè)連續(xù)場中的一個(gè)具有偶數(shù)掃描行，另一個(gè)具有奇數(shù)掃描行。(b)使隔行掃描的圖象信號數(shù)字化，產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字圖象信號；(c)將數(shù)字圖象信號解碼成一組彩色分量信號；(d)對于每個(gè)彩色分量信號，合并兩個(gè)連續(xù)場產(chǎn)生包括偶數(shù)掃描行和奇數(shù)掃描行的幀；(e)對于每個(gè)彩色分量信號，在所述的帕中執(zhí)行相鄰掃描行之間的非均勻內(nèi)插，以產(chǎn)生具有比隔行掃描圖象信號大的垂直掃描行數(shù)的高清晰度圖象信號；以及(f)在監(jiān)視器上顯示由高清晰度圖象信號表示的圖象。
2.權(quán)利要求1提出的方法，進(jìn)一步包括步驟重復(fù)步驟(a)-(f)，產(chǎn)生一組圖象。
3.權(quán)利要求2提出的方法，其中隔行掃描的圖象信號包括大于兩個(gè)場的一系列的場，并且每一幀對應(yīng)于不同的兩個(gè)連續(xù)地場。
4.權(quán)利要求1提供的方法，其中高清晰度圖象信號中垂直掃描行數(shù)是從下面一組中選擇出來的700行/幀，800行/幀，900行/幀，1000行/幀，1200行/幀，和1920行/幀。
5.權(quán)利要求1所提出的方法，其中所述非均勻內(nèi)插是根據(jù)函數(shù)yi＝c1ik·dk+c2ik·dk+1執(zhí)行的，其中yi表示一內(nèi)插像素信號，dk和dk+1表示一對相鄰色空間信號，c1ik表示一個(gè)第一系數(shù)，c2ik表示一個(gè)第二系數(shù)，而i和k都是整數(shù)序號。
6.權(quán)利要求1所提出的方法，其中所述第一和第二系數(shù)c1ik和c2ik滿足0≤c1ik≤1，0≤c2ik≤1，其中c1ik+c2ik＝1。
7.權(quán)利要求1所提出的方法，其中所述非均勻內(nèi)插是根據(jù)函數(shù)yi＝c1ik·dk+c2ik·dk+1+c3ik·dk+2執(zhí)行的，其中yi表示一個(gè)內(nèi)插像素信號，dk、dk+1和dk+2表示三個(gè)相繼相鄰色空間信號，c1ik表示一個(gè)第一系數(shù)，c2ik表示一個(gè)第二系數(shù)，c3ik表示一個(gè)第三系數(shù)，而i和k為整數(shù)序號。
8.權(quán)利要求1提出的方法，其中隔行掃描圖象信號是從包括NTSC信號和PAL信號的組中選擇出來的。
9.一種產(chǎn)生高清晰度圖象的方法，包括下述步驟(a)接收具有兩個(gè)連續(xù)場的隔行掃描圖象信號，兩個(gè)連續(xù)場中的一個(gè)具有偶數(shù)掃描行，另一個(gè)具有奇數(shù)掃描行；(b)使隔行掃描的圖象信號數(shù)字化，產(chǎn)生一個(gè)具有一組對應(yīng)于兩個(gè)連續(xù)場的數(shù)字化場的數(shù)字圖象信號；(c)合并數(shù)字化場，產(chǎn)生包括偶數(shù)掃描行和奇數(shù)掃描行的幀；(d)在所述的幀中執(zhí)行相鄰掃描行之間的非均勻內(nèi)插，以產(chǎn)生具有比隔行掃描圖象信號大的垂直掃描行數(shù)的高清晰度圖象信號。
全文摘要
根據(jù)模擬復(fù)合圖象信號,例如NTSC,PAL或SECAM信號產(chǎn)生高清晰度的,實(shí)時(shí)的,數(shù)字圖象信號。模擬圖象信號被數(shù)字化(364),并且信號中連續(xù)的場被合并產(chǎn)生一幀。在該幀中的相鄰掃描行之間執(zhí)行非均勻內(nèi)插(366),以產(chǎn)生高清晰度圖象信號。
文檔編號H04N5/44GK1189277SQ96195133
公開日1998年7月29日 申請日期1996年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月29日
發(fā)明者潘少偉, 沙平·托馬斯·王 申請人:摩托羅拉公司