CN1306723A - 隔行扫描图像信号变换成逐行扫描图像信号 - Google Patents

Abstract

在一种使视频数据(F)去除隔行的方法中,将至少三种不同的去除隔行算法(VTF,MED1,CM3)用在该视频数据(F)上,以得到至少三个去除隔行的信号(DIO－1,DIO－2,DIO－3),诸去除隔行算法中没有主特性去将单一个空间—时间方面相邻的像素(A,B,C,D)拷贝到内插位置(E)上,并且该至少三个去除隔行的信号(DIO－1,DIO－2,DIO－3)是受到阶序统计滤波的(MED2),以得到一个输出信号(E)。

Description

隔行扫描图像信号 变换成逐行扫描图像信号

本发明涉及一种用于图像信号去除隔行的方法和装置，以及一种显示设备，其中包含有这样一个去除隔行的装置。

去除隔行是实践中对所有视频扫描格式进行变换的一项基本要求。由于在一切环境下都要达到十分完美的变换是不可能的，所以已经提出了许多种不同的算法，包括有从简单的空间去除隔行方法直至高级的运动补偿(MC)去除隔行方法。

许多种非MC式去除隔行的算法对于一些有限的图像序列集合在实施上是相当好的，但在另外的图像序列类型上会遇到令人讨厌的赝像。在参考文献[2]中提供精细的综述。例如，对于静止图像部分，场***算法是最好的去除隔行方法，但对于非静止图像部分它却是最差的。运动补偿方法在运动图像上能给出较好的结果，但算法方面还存在着很大的脆弱性问题，也就是，如果运动补偿不是完全地正确，图像性能劣化会快速地降到不可接受的程度。能较好地兼适应静止图像和非静止图像两者的去除隔行方法是采用垂直-时间中值滤波器。此中值滤波器式去除隔行器能特有地在场***与行重复之间作出切换。然而，由于其非线性性质，它会在包含有垂直方向高频成分的图像部分上引入谐波(因而出现混叠)。由Genesis开发的垂直-时间线性滤波器(参考文献[1])也已商品化，它较好地适合于包含有垂直高频成分的图像序列，但在保持图像边缘上它不象中值滤波器那样好，同时运动的细节会造成图像上出现重影。在文献中已提出有一些建议，它们显见地在多种算法(亦可见参考文献[3]-[6])之间切换或渐变。在不同算法之间的选择判决或是决定于运动检测，或是决定于边缘检测。然而，十分可靠地检测器难以设计，这也在参考文献[2]中说明了。更为可靠耐扰的另外的方法能提供出引人注意的可选方案。

特别地，本发明的一个目的是提供一种改善的去除隔行措施。为此，本发明提供出一种去除隔行方法和装置，以及一种显示装置，这在各款独立的权利要求项中给出了定义。各有利的实施例规定在诸从属的权利要求项中。

按照本发明之基本方面，在一个视频数据去除隔行方法中，有至少三种不同的去除隔行算法作用到视频数据上，以获得至少三个去隔行的信号，诸去除隔行算法中没有主特性去将单一个空间-时间方面相邻的像素拷贝到内插位置上，而是使该至少三个去除隔行的信号经过阶序滤波以得到一个输出信号。

本发明的这些方面和其它方面将参考后面说明的实施例而变得明白和得到解释。

附图中：

图1示出一个三场信号去除隔行的样点图；

图2示出按照本发明的方法的一般结构，以及

图3示出一个显示设备的优选实施例，其中包含一个按照本发明的方法的去除隔行电路。

本发明给出了所需的可靠耐扰型方案。在优选实施例中，本发明应用了各种(简单的)去除隔行算法的一个集合，该集合这样选择，使算法中一个主特长有某种强项，例如可靠耐扰，另一主特长有别的强项，例如长于边缘保持，而第三主特长的强项侧如在于细节保持。尽管这些算法中没有一种算法在所有方面都显得很好，但在那些强项中进行选择的一个中值滤波器的输出是简单的，因为优势算法得到采用。这种新设计的独特点在于，可以应用运动矢量来改善其性能，即使是这些矢量的可靠性很差。在不使用运动矢量的情况下，本方法也优于所有已知的非MC式方法．下一代的Trimedia将设计出来支持此算法。

第一个实施例中，去除隔行器的输出定义为：

式中 $\stackrel{-}{x}=\left[\stackrel{x}{y}\right]$ 是空间位置，n是图像场号数， $F(\stackrel{-}{x},n)$ 是仅当“ymod2=n mod2”时定义的输入场， $\stackrel{-}{u_y}=\left[\stackrel{0}{1}\right]$ 是垂直单位矢量，而A、B、c和D定义为(又可参见图1)：

图1示例出一个三场去除隔行器的样点图。垂直位置VP表示在垂直轴上，场号表示在水平轴上。黑点A-D表明诸原始样点，而小圆E表明按照式1、6或7中的下部表达式得出的一个内插样点。

中值滤波器运算子MED(A，B，c)定义为：

垂直一时问滤波器F_VT的输出定义为：式中(k，m∈Z，(k+m)mod2=1)Λ(|Max(k)|＞0)Λ(|Max(m)|＞0)

Max(x)运算子确定出变量x的最大值。按已有的经验，垂直-时间滤波器定义为：

本发明的一种可能结构呈现于图3中，对于包含有显著的垂直边缘或低频成分的静止图像部分，VT中值大致等于样点 $F(\stackrel{-}{x},n-1)$ ，所以，可选择出它们两者中的任一个作为输出。对于包含有高的垂直频率的静止图像部分，通过或是形成 $F(\stackrel{-}{x}-\stackrel{-}{u_y},n),$ 或是形成 $F(\stackrel{-}{x}+\stackrel{-}{u_y},n)$ 而VT中值会引入混叠。然而，线性垂直一时问滤波器的输出 $F_{\mathrm{VT}}(\stackrel{-}{x},n)$ 将类似 $F(\stackrel{-}{x},n+1).$ 所以，可选择这两个样点的任一个作为输出样点，能保持垂直细节。对于运动的图像部分， $F(\stackrel{-}{x},n-1)$ 通常将是VT中值里的一个外离项。由于线性垂直-时间滤波器中又应用了相邻样点的一个加权滤波，所以大体上 $F_{\mathrm{VT}}(\stackrel{-}{x},n)$ 和内部中值的输出两者具有大约类同的样点值。所以，在运动场合，行重复或是线性垂直-时间滤波都可以。

如式(1)中示明的那种去除隔行器，一种稍为简化的变型是只应用两场信号，它定义为：

这一算法的质量性能比之式(1)中的质量性能稍为差些。对于包含有垂直细节的垂直运动物体，这个主要差异能观察到。

到此为止，给出的结果是一种非MC式去除隔行的方法，然而，所提出的算法能方便地适应于应用到运动补偿上，例如：

式中，

为运动矢量．由于运动补偿的样点是“脆弱的”去除隔行算法之一部分，所以运算结果不需可靠耐扰。换言之，由于输入至中值滤波器的诸方法之主特长是可靠耐扰的，所以即使应用了运动矢量其结果也将是可靠耐扰的。

如果将上面所示的例子加以归纳，则如图2中所示，所提出的去除隔行算法是一个阶序统计滤波器，它具有为不同的去除隔行方法提供的多个输入端。图2示明按照本发明的方法的一个一般结构。根据自n种不同的去除隔行方法中得到的n个不同的去除隔行的输出DIO-1、DIO-2、…、DIO-n，再由一个阶序统计滤波器OSF给出一个内插行F₀。如果n＞3，则各种去除隔行方法不需要全都不相同。去除隔行方法之一个的主特长专适应第一质量方面(例如是边缘保持)，另一个的主特长专适应第二质量方面(例如是细节保持)，如此等等。由于阶序统计滤波器是对总体主特长算法所属的输入作出选择的，所以得到的去除隔行算法是将各输入算法的强项进行了组合。

图3示出按照本发明的优选实施例的一个显示设备，包含有一个去除隔行电路。输入图像信号F加到第一场存储器FM1上，FM1的输出耦合至第二场存储器FM2。超高速存储器CM1、CM2和CM3的输入端分别连接于场存储器FM1的输入端和场存储器FM1与FM2的输出端上。超高速存储器CM1将场n+1来的样点A提供给第一中值滤波器MED1，同时超高速存储器CM2将样点B和C提供给第一中值滤波器MED1。超高速存储器CM1和CM2的输出耦合至垂直-时间滤波器VTF各别的输入端上。第二中值滤波器MED2从超高速存储器CM3中接收场n-1来的样点D，从第一中值滤波器MED1中接收A、B和C的中值，并从垂直-时间滤波器VTF中接收一个滤波器输出F_VT，由此提供出内插行E。超高速存储器CM2输出原始行F。由***电路IC将各个内插行***至各个原始行F之间，以得到显示信号F₀，它由显示器件DD予以显示。

本发明的一个优选方面可归纳于下面。去除隔行是使隔行扫描视频变换成逐行扫描格式所需的信号处理。对许多种算法，包括高性能的运动补偿方法和低成本的解决方案，从参考文献中可以得到。可取地，采用了各种简单的去除隔行算法之一个集合，该集合以如此一种方式进行选择，即算法中的一个主特长是可靠耐扰的，另一个主特长专适应边缘保持，而第三个主特长的强项在于细节保持。尽管这些算法中没有一种算法在所有方面都良好，但在这些算法之间进行选择的一个中值滤波器的输出是简单的，因为优势的算法得到采用。这种新设计的独特点在于，可以应用运动矢量来改善其性能，即使是这些矢量的可靠性很差。在不使用运动矢量的情况下，本方法也优于所有已知的非运动补偿方法。

本发明的各个可取特性提供出了一种方法，以及实现本方法的一个装置，用于使视频数据去除隔行，其特征在于，内插像素是由一个阶序统计滤波器计算出来的，它应用了在其输入端上数目为N的去除隔行器之N个输出，那里，这些算法之不同的主特长分担各别的强项，又那里的各去除隔行算法没有主特性去将单一个空间-时间方面相邻的像素拷贝至内插位置上。

可取地，N=3，且阶序统计滤波器具有下面的输出：第一去除隔行算法的输出优势在于第一和第二准则(例如可靠耐扰和边缘保持)而弱势在于第三准则(例如细节保持)，第二去除隔行算法的输出优势在于第一和第三准则(例如可靠耐扰和细节保持)而弱势在于第二准则，又第三去除隔行算法的输出优势在于第二和第三准则而弱势在于第一准则。

有利点在于，阶序统计滤波器是一个中值滤波器。

可取地，第一去除隔行算法采用一种垂直-时间中值滤波器。

可取地，第三去除隔行算法采用一种(运动补偿的)场***，或是***一个来自先前的输入视频场的像素，或是***一个来自次后的输入视频场的像素。

可取地，第二去除隔行算法采用一种线性垂直-时间滤波器。

应当指出，上面说明的诸实施例是示例而不是用于限制本发明，本技术领域内的熟练人员能设计出许多另外的实施例，而不偏离开所附的权利要求书的范围。在权利要求书中，位于括号之间的任何标号不应认为是用于限制本发明。名词“包含”并不排除权利要求中所列明的那些元素或步骤之外的元素或步骤。加于某元素之前的名词“一个”并不排除有多个此类元素的存在。本发明可以借助于内中包含若干个特性有差异之元素的硬件来实现，并可以借助于有合适编程的计算机来实现。在权利要求所列举一些方法之装置中，那些方法中的若干个可以用完全相同的硬件名目来实现。

参考文献[1]Preliminary data sheet of Genesis gmVLD8,8 bit digital video line doubler,version 1.0, June.[2]G. de Haan and E.B. Bellers.De-interlacing: an overview. The proceedings ofthe IEEE, 86(9): 1837-1857, September 1998.[3]P.Haavisto,J.Juhola,and Y.Neuvo.Scan rate up-conversion using adaptiveweighted median filtering.Signal Processing of HDTV.II, L.Chiariglione, pages 703-710,1990.[4]C.Hentschel.High quality noise insensitive motion detector using one fieldmemory.IEEE Tr.on Consumer Electronics,42(3): 696-704, August 1996.[5]Y.Kim and Y.Cho.Motion adaptive de-interlacing algorithm based on widevector correlations.In Proc.of HDTV Workshop'95,pages 8B9-8B16,1995.[6]R.Simonetti,S.Carrato,G.Ramponi,and A.Polo Filisan.De-interlacing forhdtv images for multimedia applications.Signal Processing of HDTV,IV,E.Dubois and L.Chiariglione, Eds., pages 765-772, 1993

Claims (9)

1．一种对视频数据(F)去除隔行的方法，该方法包括步骤：

将至少三种不同的去除隔行算法(VTF,MED1,CM3)用在该视频数据上，以得到至少三个去除隔行的信号(DIO-1,DIO-2,DIO-3)，诸去除隔行算法中没有主特性去将单一个空间-时间方面相邻的像素(A,B,C,D)拷贝到内插位置(E)上；以及

对该至少三个去除隔行的信号进行阶序统计滤波(OSF,MED2)，以得到一个输出信号(E)。

2．如权利要求1所述的方法，其中，该阶序统计滤波(OSF)步骤中应用了一个中值滤波器(MED2)。

3．如权利要求1所述的方法，其中，所述诸去除隔行算法中的至少一种采用了一个垂直-时间中值滤波器(FM1,MED1)。

4．如权利要求1所述的方法，其中，所述诸去除隔行算法之一是场***，或是***一个先前的场(n-1)中来的像素(D)，或是***一个次后的输入视频场(n+1)中来的像素(A)。

5．如权利要求4所述的方法，其中，所述场***是经过运动补偿的。

6．如权利要求1所述的方法，其中，所述诸去除隔行算法中的至少一种采用了一个线性垂直-时间滤波器(VTF)。

7．如权利要求1所述的方法，其中，所述诸去除隔行之信号(DIO-1,DIO-2,DIO-3)中的至少一个信号是经过运动补偿的。

8．一种用于使视频数据(F)去除隔行的装置，该装置包括：

用于将至少三种不同的去除隔行算法(VTF,MED1,CM3)用在视频数据(F)上，以得到至少三个去除隔行的信号(DIO-1,DIO-2,DIO-3)的装置，诸去除隔行算法中没有主特性去将单一个空间-时间方面相邻的像素(A,B,C,D)拷贝到内插位置(E)上；以及

用于使该至少三个去除隔行的信号(DIO-1,DIO-2,DIO-3)经过阶序统计滤波，以得到一个输出信号(E)的位置。

9．一个显示设备，包括：

一个用于如权利要求8所述的使视频数据去除隔行，以得到内插数据(E)的装置；

一个***电路IC，用于将内插数据(E)***至视频数据(F)中，以得到一个显示信号；以及

一个显示装置(DD)，用于显示出该显示信号(F₀)。

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