CN1229983C - 用于处理视频信号的方法和视频处理单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理视频信号的方法和装置，用于处理包括多个子序列视频图像的输入视频信号。附加图像根据控制信号被叠加在输入视频信号上以产生混合视频信号。所述的控制信号指示用于叠加附加图像的图像区域。混合视频信号接着由处理电路根据控制信号进行处理。控制信号对分离的图像区域指出不同的处理。那样，其上叠加了附加图像数据的视频信号可以在没有出现从混合视频信号的统一处理中产生的假象的情况下被处理。

Description

用于处理视频信号的方法和视频处理单元
                        技术领域
本发明涉及一种用于处理视频信号的方法和使用该方法的视频处理单元。本发明特别涉及一种基于像素的不同上变换算法的转换。
                        背景技术
视频信号通常由一连串的子序列图像组成。这些图像在逐行视频信号的情况下用帧或在隔行视频信号的情况下用场发送。一个场包括视频帧的奇数或偶数行，并且为了发送一帧的信息就必须发送两个场。现在的普通电视标准，即PAL、SECAM或NTSC分别发送包含场速率为50Hz或60Hz的场的视频信号。
为了显示视频信号，最通常使用的显示装置仍然是阴极射线管屏幕(CRT)，这是由于它良好的性价比。小的或中等尺寸的CRT屏幕可以在标准50H或60Hz场速率下运行，而它的闪烁不会被注意到。但是，由于现在可以使用更大尺寸的CRT屏幕，所以问题出现了，那就是当CRT屏幕运行在TV标准默认的50Hz或60Hz场速率时，会感觉得到大面积的闪烁。
通过在更高的场或帧速率下运行CRT屏幕，闪烁被大大减少。帧速率提高到100Hz是理想的。因此，为了改善显示的视频信号的质量，便使用将视频信号变为更高的场速率或帧速率的上变换。
图1说明了输入视频信号向不同的场/帧速率的转换。输入信号的场或帧1用相等的时间间隔分隔。在不同的场/帧速率的视频信号中，场/帧2用不同的时间间隔分隔。根据输入信号和转换后的视频信号场/帧速率的比，输入视频信号的一些场或帧1会与转换后的视频信号的场或帧2的时间一致。
场/帧一致的地方(时间轴上的位置4)，来自输入视频信号的场/帧1可以作为转换后的视频信号的场/帧2输出(用箭头3表示)。转换后的视频信号剩下的场/帧2需要基于原始视频信号的场/帧1来产生。
对于帧速率转换，现在已经有不同的技术。下文将描述帧速率从50Hz向100Hz上变换的一个例子。图2示出了上变换后的视频信号的帧和原始视频信号的帧。实线10对应于从原始视频信号取的帧，而虚线11对应于***到现有帧之间的新的帧。
产生将被***的附加帧的一个简单的方案是使用现有帧中的图像数据。但是，由于在物体运动中明显的不连续，所以该方案造成图像降级。这种效果在图2被说明。经过转换后的视频信号的视频帧10和11的物体12、13的运动偏离了在视频帧10的原始序列中物体12的平滑运动14，引起运动的可察觉的不连续。
图3中描述了另一种帧速率变换中产生附加帧11的方法。该方案是基于来自相邻帧10的图像数据的内插。对于附加帧11每个像素的产生，在原始视频信号的相邻帧10的对应像素上执行平均。结果，运动的失真较不明显。运动变得更平滑，但是在产生的帧中运动物体12出现模糊15。当视频场景中没有出现运动或只有缓慢运动时，该方法可以被应用而产生好的效果。
为了克服在帧速率转换期间用于产生附加帧的上述方案的缺点，图4所示的运动补偿技术现在被广泛地使用。帧10中物体的运动14由运动估计检测到并用运动向量来表示。在一个可能的例子中，运动估计以块为基础执行。对于分为多个块的当前的视频图像，在相邻帧中搜索最佳的块匹配。运动向量从识别出的块的位移获得。基于检测到的运动向量16，计算在将被***的帧11中的一个物体的位置17并且相应地被***物体12的图像数据。
运动补偿使带有运动物体的图像获得好的图像质量。但是，当图景变得更复杂，例如当运动物体消失在其它物体后面时，运动估计就会产生错误的运动向量。而错误的运动向量可以造成明显的假象。
输入视频信号的场速率的转换能够以同样的方式执行。因此，当在本说明书和权利要求中参考帧速率转换时，也就包括了场速率的转换。
显示场的特定问题在于可能发生行闪烁和混叠。清晰度的下降在运动物体时可能被察觉，因为每一场只带有一半的图像信息并且来自分离场的图像信息对运动物体而言不再被作为组合的而被察觉。而且，为了在譬如LCD屏幕和放映机这样的要求逐行视频信号的矩阵型显示器上显示隔行视频信号，去交织(de-interlacing)是必需的。执行去交织可以减少行闪烁和快速移动物体的模糊，并且产生可以在LCD屏幕等上显示的视频信号。
去交织通过产生一场中缺失的行来产生完整的帧。行可以通过使用内插和运动补偿技术来计算，并考虑到相邻场的互补的行。内插通常通过在相邻场的行上使用垂直和时间滤波(a vertical and a temporal filtering)来执行。但是，该去交织方法并不能令人满意地处理运动图像并且显示出如运动模糊和混叠等假象。
考虑到运动的去交织就产生运动补偿的去交织技术。在此方法中，运动估计确定输入视频信号的两场之间图像物体的运动并对图像物体指定运动向量。为了补足当前场，从而产生帧，相邻场的图像数据可以根据确定的运动向量而被移位并用来正确地确定缺失行的图像数据。如在运动补偿的上变换的情况下，运动补偿的去交织可能在错误运动向量的情况下产生假象。
在现代TV接收机和其它视频装置中，屏上显示(OSDs)经常被***以显示附加的信息。一个屏上显示通常在输入视频信号上叠加附加的图像数据，用于与输入视频信号一起显示附加的图像数据。一方面，叠加可以包括附加图像的***，通过使用附加的图像数据替换原始图像数据来完成。另一方面，附加图像数据可以透明地覆盖在原始图像数据上，原始图像数据仍然作为背景图像而被看到。两种方法都将被术语“叠加”所包含。
图5到9描述了在输入视频数据上叠加附加图像数据的例子。在图5中，较小尺寸的附加图像区22叠加在视频场/帧21上。附加数据用于向用户显示信息。这样的信息的例子包括视频设备的设置或控制功能，包括DVB接收机，来自比如多媒体家庭平台(MHP)或自由世界网络(Free Universe Network，FUN)的应用平台的用户信息，和另外发送给TV信号的信息，例如电子节目指南(EPG)的节目信息。
如图6所示，信息也可以作为静止或移动文字条23被***。OSD可以作为下拉菜单24出现，如图7所示。附加图像25也可以被透明地叠加在视频图像(图8)上。其它信息可以在另外的图像上显示，包括以缩小的尺寸来显示其它视频信号的画中画(PiP)图像26(图9)。
下文将参照图10描述用于叠加附加图像数据的结构方框图。来自视频源32的视频信号31和来自OSD发生器30的附加图像数据33提供给混合器34用于将附加图像33叠加到视频图像31。附加图像33基于提供给混合器34的快速消隐信号35，通过替换视频图像的相应图像区域来进行叠加。快速消隐信号35控制视频信号31的图像数据和附加图像33的数据之间的切换。通过在这两个信号数据之间的切换，视频图像31和附加图像33被混合并且混合的视频信号36由混合器34输出并且显示在显示器37上。
这样的混和视频信号包含在如帧速率转换、去交织等图像处理中是理想的。用于进一步处理这些混合视频信号的结构的例子在图11中被说明。除了一个另外的处理电路即转换器38，图11的结构几乎与图10的结构相同。在这个例子中，转换器38是上变换器，用于把来自混合器34的混合视频信号36转换为具有更高帧速率的处理后的视频信号39。
但是，上述所需的混和视频信号的处理可能会导致在叠加的图像和叠加的图像周围的图像区域产生假象。因此，输出视频信号的图像质量可能会由于为了提供改善的图像质量的输出视频信号的图像处理而被损害。
这样的图像质量降级的例子在图12中被说明。运动补偿会根据分配给附加图像22的边界区域中的图像区域40、42的错误的运动向量41、43产生假象。另外由于在OSD图像数据中的精细水平行，上变换可能会产生诸如OSD图像区域中的行闪烁等令人讨厌的假象。
因此，出现的问题是，对在其上叠加了附加图像数据的视频信号的处理可能会产生假象，并降低所察觉到的图像质量。
                        发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于处理在其中叠加了附加图像的视频信号并提供改善了图像质量的处理后的视频信号的方法和视频处理单元。
为了达到以上目的，根据本发明的第一方面，提供一种用于处理视频信号的方法，包括以下步骤：接收包括多个视频图像的视频信号，按照控制信号在所述视频信号的视频图像上叠加附加图像以产生混合视频信号，所述控制信号指示用于叠加所述附加图像的图像区域，处理所述混合视频信号以产生处理后的视频信号，以及输出所述处理后的视频信号，其中，按照所述控制信号，通过对叠加图像的图像区域和周围的图像区域不同地处理所述混合视频信号，来进行对所述混合视频信号的处理。
根据本发明的第二方面，提供一种用于接收包括多个连续视频图像的视频信号并输出处理后的视频信号的视频处理单元，包括：混合器，用于按照控制信号通过在所述视频信号的视频图像上叠加附加图像来产生混合后的图像信号，所述控制信号指示用于叠加所述附加图像的图像区域，以及处理电路，用于处理所述混合视频信号，其中，所述处理电路适于按照所述控制信号，通过对叠加图像的图像区域和周围的图像区域不同地处理所述混合视频信号，来处理所述混合视频信号。
本发明的具体的方案是使用一个用于在输入视频信号上叠加附加图像数据，也用于控制产生的混合视频信号的处理的控制信号。
那样，具有在其上叠加了附加图像数据的视频信号，可以在不存在包括叠加的图像数据的视频图像的统一处理所产生的假象的条件下被处理。
最好，控制信号与视频信号的像素时钟同步。同步于像素时钟能够在像素基础上转换图像处理。从而，图像处理能够被转换以便不同地处理精细的细节部分。特别是，处理不受限于预先确定的较大图像区域，比如在显示的文字下面的长方形。文字和个别字符因此可以被叠加在输入视频信号并从此分开处理。
根据优选实施例，附加图像的图像数据与控制信号一起产生。那样，控制信号不需要另外产生并可以有效率地用于叠加和附加图像数据的接下来的处理。
最好，附加图像数据包括将要与原始视频信号一起显示的用户交互信息。当产生用户交互信息时，例如在视频显示单元中，用于叠加附加数据的控制信号可以有效率地被提供给用于处理混合图像信号的图像处理级。
根据特定的实施方案，附加图像和控制信号由OSD电路产生。由于这样的OSD电路通常出现在像VCR、TV接收机、视频显示装置等视频处理装置中，所以用于在不同的图像处理路径之间转换的控制信号能够容易地被得到。
根据本发明的另一个实施例，内插可以被用于例如去交织和帧速率转换。控制信号指示那些区域的内插的使用如果用不同的处理方法将出现假象。
根据本发明的优选实施例，与其它处理一起，运动补偿用于去交织和帧速率转换。当认为运动补偿不会产生明显的假象时，运动补偿按照控制信号被施加到图像区域。
最好，去交织可以施加到混合图像的处理中。对于去交织，可以使用不同的处理方法，当统一地应用到混合视频信号和所叠加的图像时可能产生特定的假象。通过使用控制信号，在视频图像的分离的区域使用不同的方法去交织，可以避免家乡并提高图像质量。
在优选实施例中，混合的视频信号被转换到不同的帧速率。对于帧速率的转换，已知不同的处理方法当被应用到混合的视频信号和包含的叠加图像时，每种方法产生特定的假象。控制信号可以为叠加的图像区域指示分离的帧速率转换处理，并且因此可以避免特别在这样的区域使用特定的处理方法所产生的假象。
最好，为了产生新帧速率的视频图像，帧速率转换执行任一***图像数据、向图像施加运动补偿和只使用来自输入视频信号的未处理的视频数据。每个处理方法都有它的优点和缺点。当视频图像内容改变或只包括少量运动时，内插执行良好。运动图像物体的运动能够通过使用运动补偿而被考虑，但是假象可能产生在叠加的图像和叠加的图像数据的周围图像区域。当子序列图像之间的图像内容不变化时，来自输入混合视频信号的未处理的视频数据可以被使用。控制信号启用应用在包括叠加的图像区域的视频图像的分离区域上的这样的处理方法中的任一个，这样就没有或只有很小的假象产生。
在本发明的特定实施例中，用于帧速率转换的处理是依照控制信号来选择的。因此，控制信号不仅指示分离图像区域，还另外包括指示特定图像处理的信息。通过使用控制信号来选择特定的帧速率转换方法，即内插/运动补偿或使用来自混合视频信号的未处理的视频数据，控制信号能够表示对每个图像区域应用特定的图像处理。因此，假象的发生被最小化。
最好，混合视频信号中的附加图像的图像数据在没有任何进一步处理的情况下被使用。通过直接使用附加图像的未处理的数据，能够保持它们的图像质量并且能够避免假象。
根据另一个实施例，混合视频信号中的叠加图像的图像数据只被内插。通过执行它的图像数据的内插来处理叠加后的图像能够避免假象。例如，由于图像物体在它的背景图像中运动的错误运动向量，致使透明地叠加的图像会遭受到运动补偿的损害。内插能够避免这样的假象，并且仍然能够相当流畅地显示运动。
根据另一方面，在附加图像数据的图像区域周围的视频信号的图像数据只进行图像数据内插。通过运动补偿处理周围区域能够产生假象，因为错误运动向量会出现在叠加图像周围的区域。假象能够通过使用内插来避免。
最好，控制信号包括根据混合视频信号的图像的内容处理选择信息。处理选择信息表示对特定图像区域的特定处理。这样的控制信号使得在每一图像区域中，都根据那一区域的图像内容都能够使用适当的处理。
根据优选实施例，本发明的视频处理单元包括用于显示混合的视频信号的显示器。根据另一个实施例，本发明的视频处理单元包括对输入视频信号的不同的处理路径和用于根据控制信号选择处理路径之一的选择器。每个处理都有优点和缺点。通过使用控制信号对每个分离的图像区域的处理选择适当的处理路径，假象的出现能够被最小化。
根据另一个实施例，处理路径包括所有内插图像数据、向图像施加运动补偿和使用未处理的视频数据中。每个处理都有它的优点和缺点。当处理视频图像的分离区域的图像数据时，由控制信号选择对应的路径可以把假象的发生最小化，并提高图像质量。
在本发明的另一个实施例中，用于选择处理路径的选择器包括二进制开关。该开关可以用于在两个处理路径之间进行选择。这样的一个开关容易实现或加入到现有的设计并可以高速操作。
在本发明的另一个实施例中，用于选择处理路径的选择器包括二进制开关的级联。二进制开关的一个级联分级地在几个处理路径中选择，并可以较容易地实现和以高速进行操作。
最好，开关由二进制开关控制信号控制。在集成电路之间，信息可以通过使用串行的内部IC总线，例如I2C总线来交换。这样的总线可能需要相当的实现复杂度并且可能达不到像素时钟速度。相反，二进制控制信号可以用简单的接口直接用于控制选择器的开关。如果需要控制信号的中间处理，二进制信号被容易地缓冲或进行其它处理。
本发明最好被使用在以下装置中的任意一个中，包括电视接收机、DVB接收机、视频监视器、视频记录器、视频重放设备，包括DVD播放器，VCD播放器或其它视频重放设备。每个这样的设备都可以方便地使用附加图像的叠加并改善输出视频信号以达到令消费者满意的质量。通过在这些装置中使用控制信号来控制叠加和处理，由于与叠加图像相关的区域被不同地处理，所以能够获得改善的图像质量。
其它的实施例是从属权利要求的主题。
                        附图说明
现在将通过参照附图详细地描述本发明的优选实施例。
图1是说明对不同场/帧速率的视频信号的场/帧时间间隔的图。
图2是说明没有任何附加图像处理的传统的帧速率上变换中物体的运动的图。
图3说明了在使用图像内插的传统的帧速率上变换中物体的运动。
图4说明了在使用运动补偿的传统的帧速率上变换中物体的运动。
图5示出了具有叠加的OSD图像的显示单元的显示屏幕。
图6示出了具有叠加的条形OSD图像的显示屏幕。
图7示出了具有叠加的下拉菜单的显示屏幕。
图8示出了具有叠加的透明的OSD图像的显示屏幕。
图9示出了具有叠加的画中画的显示屏幕。
图10是表示来自OSD电路的附加图像数据的叠加的结构框图。
图11是表示用于OSD图像的产生和***以及生成的图像信号的子序列图像处理的结构框图。
图12说明了由于叠加的附加图像周围的图像区域中错误的运动向量，由运动补偿产生的假象。
图13是描述根据本发明的图像数据处理的流程图。
图14是表示根据本发明的视频处理单元的框图。
图15是具有分离处理的不同图像区域的显示屏幕的例子。
图16说明了除了具有叠加到输入视频信号上的透明的OSD图像外，与图15相似的一个例子。
图17说明了除了具有叠加到输入视频信号上的画中画图像外，与图15相似的一个例子。
图18是说明根据本发明的电视接收机的框图。
图19是描述根据本发明的帧速率转换器的框图。
本发明的特征和优点通过随后参照附图做出的特定实施例的详细描述将很明显。
                     具体实施方式
本发明提供一种用于不同地处理视频信号的分离图像区域的方法和处理单元。特别参照图13的流程，按照表示附加图像数据的***位置的控制信号，附加图像数据被叠加到接收的视频信号的视频图像上(步骤s1，s2)。
包括附加图像的视频信号根据控制信号被处理(步骤s3)并且处理后的视频信号被输出(步骤s4)，最好用于在显示设备上显示。叠加的图像数据和叠加的图像周围的视频数据能够基于控制信号被不同地处理。相反，对于统一的图像处理，假象总是能够通过使用适当的图像处理方法来避免。
根据本发明的一种装置在图14中描述。视频信号50和图像数据51施加到混合器52。混合器52按照控制信号53叠加附加图像数据51到视频信号50的图像并输出混合的视频信号54。混合的视频信号54和控制信号53被送到处理电路55，按照控制信号53处理混合后的视频信号54。处理后的视频信号56从处理电路55输出，最好用于在显示设备上显示。
在其它的处理可能性中，处理电路55可以执行图像改善处理，像去交织、降噪、图像稳定性和帧速率变换，特别是帧速率上变换。
处理电路55最好执行帧速率上变换。为了通过用上升到100Hz的帧速率驱动显示器，以降低大显示器上的闪烁，要求帧速率的上变换。如上文所述，不同的上变换算法对于处理不同的图像内容具有它们独特的优点和缺点。因此，本发明的一个重要应用是方便地对分离的图像区域使用不同的上变换算法。
尽管本发明现在将参照图15到17的上变换处理进行说明，但是本发明不限于帧速率上变换。本领域技术人员可以容易地得出像标准变换、下变换、去交织等其它方案，而不离开本发明的范围。
由运动补偿产生的假象参照图12被简要地概括。对包含叠加的图像22的视频信号21的运动补偿上变换的应用能够产生错误运动向量41、43。典型地从叠加的图像中移动出来的或被盖在叠加的图像后面的图像物体40、42产生这样的错误向量41、43。这可能破坏叠加的图像区域。另外，对于OSD图像数据中的精细的水平行，上变换算法，特别是使用运动估计的算法能够产生令人厌烦的假象，比如行闪烁。由于这些原因，对应于叠加的图像22的图像区域将不通过施加运动补偿来处理。
叠加图像22周围的图像区域也可能受到错误运动向量产生的假象的损害。其中一部分包含叠加图像的图像数据的图像数据42，会由于错误的运动向量41，而被移动到叠加图像的周围区域。这样的运动向量41可以由接近叠加图像的图像物体产生。因此，不只叠加的图像区域而且附加图像周围的视频图像也不应当被运动补偿处理。该周围区域的尺寸可以基于可能运动向量的最大尺寸来确定，例如基于运动估计期间的搜索范围或其它限制来确定。
对于在其上叠加有不透明的附加图像的视频信号，不同上变换方法的应用将参照图15详细说明。视频信号的图像20被分为分离的图像区域。图像区域的结构用控制信号表示。不同的图像区域在图15中用附图标记80、81和82表示。数字80表示叠加图像的区域，81表示叠加图像区域80周围的图像区域，和82是除了图像区域80和81之外的原始输入视频图像。
叠加图像80的区域不受任何处理。因此，通过避免产生的假象使OSD图像数据在它们的原有的高质量中被上变换。精细的结构和行能够被保存，并且屏上显示图像是明显和清晰的。
对于叠加图像80周围的图像区域81的图像数据，施加图像数据的内插。因此，***的OSD图像周围的图像数据可以不被与运动补偿相关的假象破坏。
运动补偿用于剩余视频图像区域82的图像数据的帧速率上变换。区域82不包含像叠加图像数据那样的不规则形。因此，运动补偿可以达到对处理图像数据区域82的高质量。
因此，本发明的一个特别的优点是通过使用控制信号来不同地处理分离的区域，在帧速率上变换中能够获得高图像质量。因此，运动补偿在不破坏其它图像区域的图像质量的条件下被施加到包含运动物体的那些图像区域。
现在参照图16，说明了输入视频信号的类似的分离和处理。该例子与图15中的例子不同之处在于附加图像数据透明地叠加到输入视频信号的图像数据上。
图像区域80的透明图像的图像数据最好被内插处理。区域80能够在叠加图像数据的背景中包含运动物体。由于在同一图像区域80中不同图像数据的透明的叠加，运动估计会产生错误的运动向量。通过使用图像数据的内插，由错误运动向量产生的假象能够被最小化。
图像区域81和82的数据可以用与参照图15描述的关于不透明的附加图像数据的叠加相同的方式被处理。
另一个关于包含叠加的画中画图像的视频信号的例子结合图17被说明。图像区域80中的画中画图像数据可以由内插进行处理。在图像区域80的图像数据上执行内插可以避免由运动补偿产生的假象。因为画中画图像区域80尺寸小，所以内插可以产生合格的质量。
根据另一个实施例，运动补偿被施加到画中画图像的图像数据。但是，运动估计可以产生表示图像数据从画中画图像区域80外向画中画图像区域80中移动的运动向量。这样的运动向量可能在画中画图像区域80中产生假象。
运动补偿仍可以通过确保运动估计不会考虑画中画图像以外的图像区域的图像数据，而被施加到画中画图像区域80的图像数据上。这可以通过把画中画图像的内部区域84从视频图像20的外部区域81和82分离开来实现。在内部区域84，可以执行运动补偿和运动估计。画中画图像区域80内的内部区域84周围的外部区域83再次根据最大的运动向量来确定。对于外部区域83最好执行图像数据的内插。画中画图像的内部区域84可以通过施加运动补偿来处理。
通过以与参照图15中所描述的、关于不透明附加图像数据的叠加的、同样的方式来处理图像区域81和82的数据，使得输入视频图像20中的物体的运动被考虑。
对于这些情况中的每一个，控制信号能够表示适合于相应图像区域的内容的处理模式，结果没有或只有很少的假象产生。因此，能够在处理后的视频信号中获得高质量的视频图像。
现在参照图18，说明了根据本发明的一个电视接收机，例如一个集成的数字电视接收机(IDTV)。电视接收机包含接收单元60和显示单元61。接收单元60接收电视信号62并提供将被显示的视频信号54。由接收单元60输出的视频信号54可以具有叠加在其中的附加图像数据。显示单元61在显示器67上显示接收到的视频数据。为了改善图像质量，显示单元61进一步处理视频信号54。这样的图像处理能够包含减少显示的视频图像的闪烁的帧速率上变换。
现在将更详细地说明电视接收机的接收单元60。接收单元60包括接收电视信号62并产生输入视频信号50的视频信号发生器63。视频信号发生器63可以接收任何类型的模拟或数字电视信号62。
接收单元60还包括OSD电路64。OSD电路64产生被叠加在输入视频信号50上的附加图像51。这样的附加图像数据51被用于显示关于包括DVB接收机的视频设备的设置或控制功能的图形用户界面和来自诸如多媒体家庭平台(MHP)或自由世界网络(FUN)应用平台的用户信息。附加图像数据也可以包括图文数据。这些数据与电视信号一起发送并能够由OSD电路接收。另外OSD电路64产生将被叠加的图像数据51和产生表示附加图像51***到视频图像50的位置的控制信号。如上所述控制信号也可以包括表示附加图像区域的特定处理的信息。
接收单元60的另一个元件混合器52使用控制信号53在视频信号50上执行附加的图像数据51的叠加并输出混合后的视频信号54。根据控制信号，输入视频信号50的图像数据用附加图像51的数据替换或透明地覆盖。
在特定的实施例中，接收单元60可能是DVB接收机。因此视频信号发生器63接收由DVB-T、DVB-S或DVB-C标准规定的数字电视信号62，每种都包含由MPEG-2标准规定的传输流。这样的数字电视信号62也可以包括另外与电视节目一起传送的信息，如电子节目指南(EPG)的节目信息。
电视接收机的显示单元61将参照图18的框图被说明。在显示单元61中，混合的视频信号54为了降低显示图像的闪烁而上变换到更高的帧速率。另外，混合的视频信号可以被去交织而作为逐行视频信号显示，并进一步通过例如降低行闪烁来增加图像质量。该上变换由上变换电路65执行，按照控制信号53产生一个上变换的视频信号66。控制信号53是从接收单元60的OSD电路64获得的。控制信号53表示对混合视频信号54中的分离区域的不同的处理。通过不同地处理混合视频信号54中叠加的图像数据51的区域，显示视频图像的高质量通过避免假象得以确保，该假象是由于特定的图像处理被施加到视频信号54的视频图像的特定区域而产生的。
在电视接收机中，由标准OSD电路产生并在混合器中用来向视频图像***附加图像数据的控制信号通常用“快速消隐信号”表示。快速消隐信号表示在视频图像内的叠加图像的区域并最好用于上变换程序的控制。因为快速消隐信号与混合视频信号的像素时钟具有相同的频率，可执行OSD图像区域和剩余视频图像区域的准确分离。
快速消隐信号只包括两个不同的信号电平，用于表示对输入视频信号的叠加图像的区域。通过使用快速消隐信号来在不同的处理之间进行转换，只能使用两种不同的处理方法。为了使在多个不同的处理方法之间的选择能够实现，控制信号需要提供附加控制信息。基于这样的附加控制信息执行不同的处理的例子在上文中参照图15到17进行了说明，其中视频图像分离成叠加图像区域、叠加图像周围的区域和输入视频信号的区域，每个区域用不同的方法处理。
适用于在超过两种处理方法之间进行选择的控制信号可以由改进的OSD电路产生。一个改进的OSD电路能够基于叠加图像的当前位置产生控制信号。例如，它可以使用位置信息来计算叠加图像周围区域的位置。而且它还可以使用对应于图像内容或附加图像的类型的信息，即画中画图像数据，不透明或透明的图像数据等，来产生表示用于附加图像区域的特定处理方法的控制信号53。
转换电路70根据控制信号执行上变换的一个例子参照图19被更详细地说明。转换电路70接收用于上变换的混合的视频信号54。为了在不同的处理方法中进行选择，转换电路接收包括第一和第二转换信号77和78的控制信号。为了执行上变换，转换电路70提供三个不同的用于产生上变换视频信号的处理路径71、72和73。选择器74被提供来从处理路径71、72或73中最好以像素为基础选择处理后的数据。
转换电路70的第一处理路径71通过使用运动补偿处理混合的视频信号54。运动补偿可以包括用于识别图像数据为运动物体并为该图像数据分配运动向量的运动估计。第二处理路径72内插图像数据以产生附加帧。内插基于输入视频信号54的帧。第三处理路径73提供输入视频信号54的未处理的图像数据。
如图19所示，选择器74可以包括两个二进制开关75和76，它们以级联的结构排列。第一开关75在由第一和第二处理路径71、72提供的图像数据之间进行选择，第二开关76在由第三处理路径73和由第一开关75所选择的处理路径提供的图像数据之间进行选择。
第一和第二开关75和76分别由第一和第二开关信号77和78控制。在此实施例中，每个开关信号可以有两个不同的电平，即低用0表示，而高用1表示。在图19中，根据开关信号电平的定义，由对应的开关信号电平选择的每个开关的输入被表示为0或1。
开关信号77、78都与由处理路径71、72、73输出的视频信号的像素时钟同步，以确保所有信号的正确计时并因此可以用像素精确性在处理路径71、72、73之间选择。另外，处理路径71、72、73的输出视频信号互相同步，从而在平行的处理路径的数据之间提供精确性的转换。
选择器74中转换条件的特定实施的例子现在将详细说明。说明将基于开关信号电平的组合，即低被表示为0，而高被表示为1。
-第一开关信号77＝0，第二开关信号78＝0：
该开关信号设置从第一路径71中选择输出图像数据，该路径通过施加运动补偿执行帧速率转换。它最好用于具有运动或可靠的运动向量的图像区域的处理。而且，如果没有OSD图像被***这也能作为默认的工作模式。参照图15到17，该设置被分配给视频图像区域82。
-第一开关信号77＝1，第二开关信号78＝0：
该开关信号设置从第二路径72中选择图像数据的输出，该路径通过使用图像数据内插执行帧速率转换。它最好用于***的OSD图像或画中画图像周围的区域的处理以及透明地叠加的OSD图像的区域的处理。和运动补偿形成对比，由错误运动向量引起的假象被避免。参照图15到17，该设置被分配给叠加的图像周围的视频图像区域81、透明叠加图像的图像区域80以及画中画图像的外部区域83。
-第一开关信号77＝1，第二开关信号78＝1：
该开关信号设置从第三路径73中选择未处理的输入图像数据的。它最好用于静态OSD图像区域的处理，以避免假象并保存OSD图像中精细的结构和行。参照图15，该设置被分配给叠加的OSD图像的视频图像区域80。
-第一开关信号77＝0(低)，第二开关信号78＝1(高)：
该开关信号设置也从第三路径73中选择未处理的输入视频数据54。
标准OSD电路的快速消隐信号可以被用作第二开关信号78，因为第二开关76控制附加图像数据的图像区域的处理。
二进制开关信号77、78使得现有的快速消隐信号作为控制信号53使用或它的一部分。而且如果进行其它处理二进制开关信号可以容易地被缓冲，从而补偿延迟，例如在附加的中间视频处理中。
在另一个实施例中，帧速率被转换到低帧速率，以便在相同的屏幕上以相同的帧速率显示不同标准的视频信号。与上变换一样，根据由本发明使用的控制信号，不同的帧速率转换方法也可以在下变换中使用。
在另一个实施例中，包括附加图像数据的视频信号的处理可以包括降噪来进一步改善图像质量。
再另一个实施例可以通过除去整个图像的微小的位移的图像稳定性来改善图像质量。
当移动彩带被***到视频信号时，为了继续与视频信号一起显示信息，本发明能对这样的彩带的执行不同处理。根据优选实施例，考虑到彩带的统一运动，例如通过提供预定的运动向量作为控制信号的一部分。
在另一个实施例中，使用与视频信号一起发送的运动向量来对视频信号进行帧速率转换处理。这样的运动向量是在与压缩信号一起的视频信号的压缩中获得。当不执行运动估计而对解压缩的视频信号施加上变换或下变换的运动补偿时，才使用这些发送的向量。因为发送的运动向量不对应于叠加的图像，而对应于输入视频信号的图像数据，根据本发明，由于运动向量不涉及附加图像数据而产生的假象，所以对叠加图像的图像区域的分别处理能够避免假象。
最好，当处理叠加图像的图像数据或叠加图像周围区域的图像数据时，运动向量在数值和方向上受到限制，从而不破坏***的图像。控制信号可以表示这样的限制。
在另一个实施例中，根据本发明级联处理方法能够被施加到包括叠加图像数据的视频信号中。为此，根据控制信号对视频信号施加第一处理，并且然后可以根据控制信号进行进一步的处理。处理方法可以由分离的装置执行，每个装置都被提供控制信号。
总之，本发明涉及一种用于处理包括多个子序列视频图像的输入视频信号的方法和装置。附加图像根据控制信号被叠加在输入视频信号上以产生混合视频信号。所述的控制信号指示用于叠加附加图像的图像区域。混合视频信号接着由处理电路根据控制信号进行处理。控制信号对分离的图像区域指出不同的处理。那样，其上叠加了附加图像数据的视频信号可以在没有出现在混合视频信号的统一处理中产生的假象的情况下被处理。

Claims (29)

1.一种用于处理视频信号的方法，包括以下步骤：
接收包括多个视频图像的视频信号(s1)，
按照控制信号(53)在所述视频信号的视频图像上叠加附加图像(s2)以产生混合视频信号(54)，所述控制信号(53)指示用于叠加所述附加图像的图像区域，
处理所述混合视频信号以产生处理后的视频信号(56)(s3)，和
输出所述处理后的视频信号(56)(s4)，
其特征在于
按照所述控制信号(53)，通过对叠加图像的图像区域和周围的图像区域不同地处理所述混合视频信号(54)，来进行对所述混合视频信号(54)的处理(s3)。
2.根据权利要求1的处理视频信号的方法，其中所述视频信号和所述控制信号(53)具有相同的像素时钟频率。
3.根据权利要求1或2的处理视频信号的方法，还包括与所述控制信号(53)一起产生所述附加图像的图像数据的步骤。
4.根据权利要求3的处理视频信号的方法，其中所述图像数据包括将与视频信号一起在屏幕上显示的用户交互信息。
5.根据权利要求1或2的处理视频信号的方法，其中所述处理所述混合视频信号的步骤(s3)包括内插所述混合视频信号的图像数据的步骤。
6.根据权利要求1或2的处理视频信号的方法，其中所述处理所述混合视频信号的步骤(s3)包括执行所述混合视频信号的运动补偿的步骤。
7.根据权利要求1或2的处理视频信号的方法，其中所述处理步骤(s3)包括对所述混合视频信号进行去交织以产生逐行扫描视频信号的步骤。
8.根据权利要求1或2的处理视频信号的方法，其中所述处理步骤(s3)把所述混合视频信号的帧速率从第一帧速率转换到第二帧速率。
9.根据权利要求8的处理视频信号的方法，其中所述帧速率转换至少使用图像数据内插、运动补偿和使用未处理的视频数据中的一个来产生第二帧速率的视频图像。
10.根据权利要求9的处理视频信号的方法，其中使用的图像处理是按照所述控制信号(53)来选择的。
11.根据权利要求9的处理视频信号的方法，其中所述附加图像的图像数据只在没有任何进一步处理下使用。
12.根据权利要求9的处理视频信号的方法，其中所述附加图像的图像数据只进行图像数据内插。
13.根据权利要求9的处理视频信号的方法，其中在所述混合视频信号中的所述附加图像周围的所述视频信号的图像数据只进行图像数据内插。
14.根据权利要求1或2的处理视频信号的方法，其中所述控制信号(53)还包括按照混合视频信号的图像内容的处理选择信息。
15.一种用于接收包括多个连续视频图像的视频信号(50)并输出处理后的视频信号(56)的视频处理单元，包括：
混合器(52)，用于按照控制信号通过在所述视频信号(50)的视频图像上叠加附加图像(51)来产生混合后的图像信号(54)，所述控制信号(53)指示用于叠加所述附加图像的图像区域，和
处理电路(55)，用于处理所述混合视频信号(54)，
其特征在于
所述处理电路(55)适于按照所述控制信号(53)，通过对叠加图像的图像区域和周围的图像区域不同地处理所述混合视频信号(54)，来处理所述混合视频信号(54)。
16.根据权利要求15的视频处理单元，还包括用于显示所述处理后的视频信号(56，66)的显示器(67)。
17.根据权利要求15或16的视频处理单元，其中所述视频信号(50)和所述控制信号(53)具有相同的像素时钟频率。
18.根据权利要求15或16的视频处理单元，还包括图像发生器(64)，用于与相应的控制信号(53)一起产生所述附加图像(51)。
19.根据权利要求18的视频处理单元，其中所述图像数据发生器(64)是屏上显示电路。
20.根据权利要求15或16的视频处理单元，其中所述处理电路(55，65)适于内插图像数据。
21.根据权利要求15或16的视频处理单元，其中所述处理电路(55，65)适于应用运动补偿。
22.根据权利要求15或16的视频处理单元，其中所述处理电路(55，65)适于对所述混合视频信号(54)进行去交织。
23.根据权利要求15或16的视频处理单元，其中所述处理电路(55，65)是用于把所述混合视频信号(54)的帧速率从第一帧速率转换到第二帧速率的帧速率转换器。
24.根据权利要求15或16的视频处理单元，其中所述处理电路(55，65，70)包括用于处理所述混合视频信号(54)的不同的处理路径(71，72，73)和用于按照所述控制信号(53，77，78)选择所述处理路径(71，72，73)中的一个的选择器(74)。
25.根据权利要求24的视频处理单元，其中所述处理路径(71，72，73)包括图像内插(72)、运动补偿(71)和使用未处理的视频数据(73)中的至少一个。
26.根据权利要求24的视频处理单元，其中所述选择器(74)包括至少一个二进制开关(75，76)。
27.根据权利要求24的视频处理单元，其中所述选择器(74)包括级联的二进制开关(75，76)。
28.根据权利要求26的视频处理单元，其中每个开关(75，76)由二进制控制信号(77，78)控制。
29.根据权利要求15或16的视频处理单元，其中所述视频处理单元是电视接收机、DVB接收机、视频监视器、视频记录器和包括DVD播放器、VCD播放器和其它数字视频重放设备的视频重放设备。
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