2i942〇 A6 B6 經濟部中央標準局Λ工消费合作社印製 五、發明説明（1 ) 本發明是與一可Μ將一二維區塊的输入元素轉換成為一 二维區塊的输出元素的影像轉換器有關。本發明並且與一 使用本影像轉換器的電視傳输糸統Μ及此電視傳输系統的 發射器和接收器有關。 為了要降低位元傳输率而將一數位電視訊號作二維影像 轉換是一已知的方法。一雷視影像會先被分成由NxH (通 常是8x8)個畫面元素所構成的次影像然後這些次影像會 被轉換成為由NxN個係數所構成的區塊。位元傳輸率的降 低則可藉由僅傳送最重要的係數而得以達成。在接收器内 ，所接收到的係數則被Μ區塊為單位地轉換成為由N X N個 耋面元素所構成的次影像。一般而言，這些工作均是使用 離散餘弦轉換（DCT) Μ及其反轉換（iDCT)。 此處的二維影像轉換可以分割成為依序執行的兩種分開 的-維轉換。在第一次轉換中，每一列的耋面元素均會被 轉換成後文所稱的產品元素列。接著這些一列列的產品元 素會被Μ行的方式作第二次轉換*然後成為係數。在反轉 換中，每一行的係數則會被Μ類似的方式轉換成為產品元 素行；之後在第二次轉換中|每一列的產品元素均會被轉 換成為一列耋面元素。一般而言，對列所作的轉換稱為「 水平轉換J ，對行作的轉換則稱為「垂直轉換J 。將已被 DCT轉換成列的產品元素Κ行的方式再送往處理，這樣的 動作稱為轉置；在反轉換（i DCT)中，同樣的定義亦適用。 雖然下文文中，我們僅考慮正轉換（DCT)的情形，但同樣 的考慮亦可用於反轉換（iDCT)中。同時下文中區換大小將 (請先閲讀背面之注意事項再埸寫本頁) :p 丨裝· 訂. Γ, 本紙張尺度遴用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公* ) 82.3. 40,000 ^t942〇 A6 B6 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（2 ) 被假設為8 X 8。 與本文（詳细說明）第一段中所描述的具有相同功能的影 像轉換器已在歐洲專利EP-A 0 424 119號中有所介紹。此 一已知的影像轉換器由一個一維轉換器構成，後者先將一 區塊中所有的叢面元素K列的方式進行轉換，並將所得的 產品元素置在一轉置記憶體（水平轉換）中。然後再將所有 轉置過的產品元素送入同樣的一維轉換器Μ計算其係數（ 垂直轉換）。垂直轉換在水平轉換未全部完成前無法開始 〇 在對一有8x8個畫面元素的區^i做全二維轉換時，在即 時處理的情形下，可用的時間有64僩與產生晝面元素的取 樣頻率同樣的時鐘週期。在已知的影轉換中，轉換8列影 像元素的工作必須在這些時鐘週期的半數|也就是32個週 期中進行。因此盡面元素必須Μ兩倍的逮率送入影像轉換 器。對檷準的，具有傳統的20兆赫時鐘振盪率的電視信號 而言，這是相當不利用；因為高時鐘振盪率對晶片面積Μ 及功率濟耗均有不良影響。這是一涸嚴重的缺點，特別是 對可機式的產品諸如數位攝錄影機而言。而且，雙倍的時 鐮振徽率會相當程度地陏礙數位高解像度電視（HDTV)的發 展，因為其基礎就是建立在非常高的時鐘振通率上。 本發明的目的就是要提供一涸可以改進上述缺點的影像 轉換器。為達此目的，此影像轉換器的特徴為包含了一個 可交替地選擇一區塊的一糸列輸入元素或是前一個區塊的 已轉置過的產品元素*並將之送入一維轉換器的多工器。 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張尺度遴用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） 82.3. 40,000 ^1^42〇 a6 _B6 五、發明説明（3 ) 藉由對前一涸區塊’而非本區塊的資料進行第二次轉換的 方法，刖前述的第二次轉換可在一區塊的第一次轉換完成 前進行。因此不再需要在垂直轉換開始之前’ W兩倍的速 率將一區塊的有耋面元素送入轉換器。 本影像轉換器其—較佳的霣施方式之特徵為’它包含有 可將選定的糸列元素以平行的方式送人一維轉換器的元件 。—巨一列元素已具平行形態，則此列即被進行水平轉換 ,而一行產品元素則被進行垂直轉換。在這些轉換進行時 ，下一列元素的準備工作刖可繼續進行。此工作是Μ正常 取樣頻率進行，故較高的振盪率在任何地方均不會發生。 每一髑產品元素，每一個由產生的係數以及每一個 由ii)CT產生的畫面元素均是由送入一維轉換器的系列元素 中的八個元素的線性組合所構成。文獻上已刊載有許多計 算方法，使得乘法運算所需的次數（理論上每個產品元素 褥要8次，也就是每列需要6 4次）被降低到可Μ接受的程 度，舉例來說，每列1 6次乘法理算。上述的被稱為” D C Τ butterfly”的計算法指出下列嫌點方向：⑴盡面元素藉由 加減法埋算而安排成群，⑵對這些元素群進行乘法運算* ®乘出來的结果再利用加減法予K姐合。一個很好的例子 在歐洲專利EP 0 286 1 83中有所說明。 ------------—ο-------裝------訂—h線 —- (請先閲讀背面之注意事項再^:寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 選步 對同 可的 為樣 態這 形。 的合 器姐 換性 轉線 維的 1 定 本預 , 多 中許 式行 方進 腌時 霣同 的素 佳元 較列 1 前 在的 定 面不 畫器 中法 者乘 後僩 , 這 倍。 多器 許法 上乘 快入 法送 算並 計存 績儲 連， 的群 用成 所姐 前序 目依 比被 法是 箄素 計元 一準 - i家 躍 國 中 用 適 s)
釐 公 7 29 X S 82.3. 40,000 219420 Α6 Β6 經濟部中央標準局R工消费合作社印製 五、發明説明（4 ) 斷地接收不同的乘法係敝。循序式計算法看來具有減少硬 體構成的乘法器的數目之優點；但實際上，此類轉換器必 須具有許多暫存器Μ使儲存加滅法所造成的中間结果。上 述的暫存器需要較大的晶Η面積，但同時也會有較大的功 率消耗，因為一塊晶片的功率消耗主要是由暫存器的數目 所決定的。而a—較快的乘法器亦需消耗較多的功率。 構成計算線性組合所需的乘法器的較佳方式為利用組合 式雷路I具工作原理為對一输入數字乘上一預定的固定數 字。針對每一個固定的乘數，其相關的乘法器均可被最佳 化，使得其佔有最小的面積。這樣賴由前述的固定的乘法 器而對產品元素進行同步運算的方式 > 已被證實具有較小 的晶Η面積及較少的功率消耗。 本影像轉換器之一更佳實施方式為，它可接受一指示所 接受到的區塊的動態的動態信號，此時一糸列元素的兩個 預定的部份就會被依序送入一維的轉換器，做為對前述動 態信號的一預定值的反應。 藉由參考下面有翮本發明之實腌方式的具體說明，Μ上 所提的Μ及其它有關本發明的各方面均可獲得清楚的閫釋 。在這些例圖中： 圖一為根據本發明所設計之電視糸统的圖示。 圖二為根據本發明之影像轉換器的功能性結構。 _三為使用於釅二中所示之影像轉換器的一維DCT轉換 器。 圖四及圖六為在圖二中之影像轉換器中所發生之信號。 (請先閲讀背面之注意事項再瑣寫本頁) 本紙張尺度遴用中《國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） 82.3. 40,000 219420 A6 B6 經濟部中央標準局S工消费合作社印製 五、發明説明（5) 阃五所示為_二之影像轉換器中所使用的切換電路。 _七為一可進行反影像轉換之影像轉換器的實施方式。 _八為發生於圖七中之影像轉換器中的一些信號。 _一所示為一使用本發明之影像轉換器的電視糸統。此 電視糸統包含了一繡碼雷路A * —解碼電路B ，以及一連 接_者之傅输頻道C 。此傳输頻道可為無線連接或是有線 連接式。然而，它也可以是磁性或是光學的儲存媒體。編 碼雷路A可能構成電視發射器之一部份，且解碼電路B亦 可構成雷視接收器之一部份。特別的是，這涸電視糸統可 能是以影‘攝影機或是厢1、像iis影機之方式存在。在這種情 形下刖編碼電路A及解碼電路B共存於一裝置中。 編碼雷路A自影像信號源1接收一電視影像信號x(t)。 在類比/數位轉換器2中，類比式之影像信5c(t)M — fs之 取樣頻率取樣後，轉換成八位元之晝面元素x(n)。這些晝 面元素先儲存在影像記憶體3中。然後，晝面元素是Μ區 塊，舉例來說一 8x8畫面元素區塊x(i,k)的方式自影像記 憶體中讀取出來*再送入第一僩影像轉換器4及一動態檢 測器5中。此動態檢測器5本質上乃為一已知之結構，且 可藉描述於歐洲專利EP-A 0 282 135中之方式構成。它可 在檢測得8x8的畫面元素區塊内部的動態後發出一動態信 號MI)。在此後的描述中將假設影像轉換器4之功用為實施 離散餘弦轉換。此轉換器可將每一個出現之晝面元素區塊 轉換成為一 8x8之係數區塊y(u,v)。此一影像轉換器之一 實豳方式下文將會有詳细的討論。值得注意的是，此影像 -7- 本紙張尺度適用tS國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公；^ ) 82.3. 40,000 (請先閲讀背面之注意事項再璜寫本頁) 21^42〇 A6 B6 蛭濟部中央標準局®工消費合作杜印製 五、發明説明（6 ) 轉換器可Μ動態可適性的方式操作。為達成此目檷，此影 像轉換器因而必須接受一動態信號MD。影像轉換器4之f系 數y(u,v)之區塊循序地送入—亦接受動態信號MD之掃瞄器 6 。针對每一區塊此掃瞄器送出一序列之係數y(n)至一可 變長度之編碼器7 。掃瞄器6及可變長度之編碼器7均為 已知之结構。此可變長度編碼器將每一係數y(n>t序列编 碼成為可變長度碼的序列，·此可變長度碼的序列所含之位 元敝較之原來的8x 8係數y(u,v>之區塊有相當程度之減少 。此編碼序列Μ及動態信號MD傅轤時是藉多工器8而採用 時間分割多工（time-divid ion multiplex)的方式，其信 號形式則為眠衢序列z ( j )。 反向搡作則定在解碼霄路B中進行。在分工器 (demultiplexer)中，煽碼序列K及動態信號MD·均可由 接收到的脈衝系列Z ·( 重新獲得。這些編碼序列接著送 入可變長度之解碼器使重建係數y’（n>之序列。一區 塊形成雷路12接收此序列Μ及動態MD，，並由這些資料中 構成係數y”i,k)之8x8大小的區塊。接下來造些係數即 被送入第二影像轉換器13中。此轉換器進行反向離散餘弦 轉換nDCT)使得每一區塊的係數均可被重新轉換成為由8 x8個畫面元素x’（i,k>構成的區域。這些耋面元素區塊 均儲存在一影像記憶體14中。所有儲存在影像記憶體中的 耋面元素共同構成一完整影像；此影像之形成是藉由一數 位/類比韓換器15使原先之數位信號轉換成類比信號 X ’ U ) Μ便顯示在顯示幕1 6上。 (請先閲讀背面之ii意事項再填寫本頁} 本紙張尺_度迷用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） 82.3. 40,000 m1』42〇 A6 _B6 五、發明説明（7 ) 圖二所示為構成部份編碼罨路A之影像轉換器4之實施 方式。如下文中所將描述者•解碼罨路B中的影像轉換器 13有著類似的構造。現在所要描述的是在沒有動態 (MD = 0)的情形下，影像轉換器4處理一 8x8的盡面元素區 塊的操作情形。 一區塊之耋面元素x(i，k)M —列列的方式出現在電路上 ，並且送入循序-平行轉換器20，此循序-平行轉換器自 控制霜路26接受控制信號tl。這些控制信號的選擇方式是 可Μ使得一列i上的8個耋面元素x(i,0)....x(i.7)同時 為可獲取狀態。這一列的畫面元素是以平行的方式送入一 多工器21的输入端。如下文中所將敘述的，此多工器的第 二输入端乃定Μ平行的方式自轉置記憶體24中接受一行8 個產品元素》根據選擇信號t2，此選擇器可以將一列的盡 面元素或是一行的產品元素送入切換電路22。在另一相關 的情形（無動態）中，可能改此切換電路的输出端和输入端 在内部是直接連接的。由多工器21所選擇的元素系列（即 一列的書面元素是一行的產品元素）則被送入一維轉換器 24 ° 經濟部t央標準局R工消費合作社印繁 _3所示为可執行離散餘弦轉換（DCT)之一維轉換器的 實施方式。它是由一群可KK預定的方式姐合一送入的元 素糸列的8個元素10. ..17的加法器及減法器30U)所成 構。此處所形成的元素I之姐合再送入乘法器31(i)，其 功用為將送入的數字乘上一預定的倍數。在圖中每一涸乘 法器的倍數均已標示出來。這些乘過的數字再由一些加法 -9 - 82.3. 40,000 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公笼） ^1-942〇 A6 B6 經濟部中央標準局R工消费合作社印製 五、發明説明（8 ) 器及減法器32(i>重姐，Μ構成8髑输出元素00...07 。 每一個输出值均是由所有榆入值的線性姐合構成。有鼷此 一維轉換器之詳耋描述可參見前面所提的歐洲專利ΕΡ 0 286 183號。注意本圖中的輸入端及输出端並未按照數字 大小順序排列。 回到圖二所示，一維轉換器23的输出0(0 )...0(7)乃是 送入一轉置記憶體24以及一平行-循序轉換器25。此平行 -循序轉換器接收控剌信號t5，以將同時出現的输出元素 轉換成為Μ取樣頻率fs存在的循序形式。轉置記憶體2 4包 含有第一記憶體241 Μ及第二記憶體242 *並分別接受寫 入位址ΟΙ ，WA2 ，以使儲存输出元素。而且，轉置記憶 體又分別接受讀取位址R A 1 ，R A 2 ，Μ便將之前所儲存的 输出元素送至多工器的第二输入端。此處各種的控制信號 ，寫入位址以及讀取位址均是由控制電路26產生。為達成 此功能，此電路接受取樣頻率fs，動態信號MD及裝置重置 脈衝FRS 。此裝置重置脈衝是由影像信號源1處獲得（見 圖一）。 圖四乃是時序圖的方式顯示在影像轉換器4中的各種信 號。目前正在處理當中的畫面元素區塊之列；的一系列元 素x<i,k>是檷示在A行。在圖中所舉的例子為* A行所示 為區塊N的最後一列元素\ (0,7)..^(7,7>(在時間丁1内） ，Μ及下一個區塊N + 1的第一列元素<(0,0)...)((0,7)(在 時間Τ2内）。循序-平行轉換器20的檐出信號則是標示在 Β行。依據圖中的r(7)和「（0)所示，區塊Ν的第7列元素 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) -0. -裝. ,ΤΓ. Λ',線. 本紙張尺度適用中國®家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公货） 82.3. 40,000 A6 B6 2-^420 五、發明説明（9 ) (請先閲讀背面之注意事項再項寫本頁) (T2内）Μ及區塊NM(T3内）的第0列元素乃是以平行的方 式依序出現在多工器21的第一输入端上。控制此多工器的 挖制信號則是顯示在E行。 下列的程序是發生在時間T2内。在T2的前半段内，多工 器選擇了畫面元素列「（7)並將其送入轉換器23。圖中的F 行顯示對「（7)進行的（水平 > 轉換乃是在這段時間内進行 的。同時，為此行所安排的記憶體的寫入位址亦送至第一 記憶照241 。圈中的G行顯示此寫入位址之值為R7，也就 是說此水平轉換的结果是儲存在第一記憶體241的列7中 。在T2時段的後半段，一讀取位址被送至第二記憶體2 42 ，亦即前述的第二記憶艚提供出一列之前儲存的元素的值 。圖中的D行中顯示此讀取位置為C7，亦即此記憶體的第 7行為所謅取的對象。這一行的資料可藉多工器21而出現 在轉換器23的输入端上。此行是在T2時段的後半段被轉換 。在本時段終結時，轉換後的行會送入平行-循序轉換器 25。如圖中的I行所示，轉換後的結果，即係數y(0,7) ...y(7,7)在下一涸時段T3中為可獲取的循序態。為求完 輅說明起見，注意這些仍然是與前一僑區塊N-1相闞的係 數。 經濟部中央標準局員工消費合作钍印袋 在前面描述的例子中，區塊N的每一列畫面元素均已被 轉換，且其结果定儲存在第一記憶賵241中。下面的程序 是發生在時段T3中。在T3的前半中，多工器仍先選擇了循 序-平行轉換器的输入列並將之選入轉換器23。此為區塊 N + 1的「（〇)列。現在轉換的結果要儲存在第二記憶體242 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） 82.3. 40,000 21942〇 A6 B6 經濟部中央標準居興工消费含作社印製 五、發明説明（10 ) 中。為此功能，此記憶艏須由寫入位址WA2撵供位址資料 。圖中的Η行顯示此寫入位址之值為R0，亦即此水平轉換 的结果是儲存在第二記憶體2 42的第0行内。在Τ3時段的 後半段，讀取位址R/U送至第一記憶賭241 ，故之前所儲 存的一系列元素又再度被讀取。圖中的C行顯示此讀取位 址R/U的值為C0，亦即第一記憶體241的第0行為被讀取 的對象。此行元素經由多工器21而可出現在轉換器23的输 入端h。在Τ3畤段的後半段，此行元素被轉換。由此得到 的係數在下一次時數T4内被送入平行-循序轉換器。如圖 中的T行所示，這些係數即為與區塊N相藺的以〇,〇)..· y((7，0>。 現在此影像轉換器在線路上出一 8x8的耋面元素區塊且 檢測到此區塊内有動態存在（MD = 1)的情形下的操作情形將 被給予一詳细的解釋。然而，在解釋此埋作情形之前，圖 二中的切換電路須做一詳细的描述。圖五為此切換電路的 功能性结構圖。它包含了一由開關22 1 ( i )所姐成的受到控 制信號t 4所控制的第一開鼷系列。鬮中所示的開闞的位置 為使得所有的输入D0...D7均直接與相應的輪出Q0...Q7 相連接。而當開關在圖中未顯示的位置時，输出Q4...Q7 會成為雛線吠態或是接受到一固定值0 。然而轤出Q0... Q3卻是可與目前的糸列元素的偶數输入端DO，D2，D4， D6或是奇數输入端Dl，D3，D5，D7相連。奇數或是偁數输 入端的選擇是由可操控另一群開闞222 (ί)控制信號13所控 制。控制信號t3和t4均是由控制雷路2δ產生（見圖二）。這 (請先閲讀背面之注意事項再螭寫本頁) JQ. •丨裝· 訂· -線_ _ -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（21〇 χ 297公釐） 82.3. 40,000 經濟部中央標準局R工消费合作杜印製 2^942〇 A6 _B6 五、發明説明（11 ) 些控制信號提供了下列的搡作吠況（i)目前出現的列可直 接通過，iii>目前出現的行在MD = 0的情形下可直接通過， (iii)在MD = 1的情形下，目前出現的行之偁數及奇數元素可 順序通遇。注意圖五中的切換電路的输入端及输出端的編 號順序是與轉換器23的输入端及檢出端相同。 圖六中再度以時序圖的方式顯示當區塊N中檢測出動態 時*發生在影像轉換器中的各種信號。此圖中的E行所顯 示者為此切換雷路是使所有元素通過（AL)，或是使输入的 糸列元素的偶數元素（EV)或奇數元素（0D)通過。在區塊N 的水平轉換（各時段T的前半段）以及前一個區塊的垂 直轉換t (T2之前的時段Μ及T2時段本身的後半段），這裡 所描述的與前一個例子並無不同。然而，當時區塊Ν進行 垂直轉換時（自Τ3開始的時段的後半段），此切換電路順序 地將一行元素的偶數Κ及奇數元素送入轉換器。詳细地說 ，阃中的Ρ行顯示，區塊Ν的第一行c(0)的偶數部份 c«(0) Μ及奇數部份cQ(0)在時段T3的後半段被順序地轉 換。 圖七所示為影像轉換器13之一建構方式（見圖^)，其功 用為執行反向離散餘弦轉換。由圖中可Μ明顯看出，此反 向影像轉換器的功能性結構與前面所描述的影像轉換器4 有密切闞連*故兩稱轉換器的元件之間有相同的參考數字 。兩者之間的主要差別是在於反向影像轉換器中的一維轉 換器23是被改計為進行反轉換的。雖然此一維轉換器的具 髑结構並未圖示出來，但卻可由它處獲得，例如前面所提 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 線. -13- 本紙張尺度遑用中困國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐〉 82.3. 40,000 21^420 A6 B6 «濟部中央標準局R工消費合作杜印* 五、發明説明（12 ) 的歐洲專利EP 0 286 183。現在所要描述的是，控制線路 更進一步的以不同的順序提供不同的控制信號，寫入位址 Μ及讅取位置。 在反向轉換時，行的（垂直）轉換以及接下來的列的（水 平）轉換依序進行。圖八所示為，Μ時序圖的方式表示發 生在影像轉器13内部的各種信號。圖中的Α行顯示影轉換 器循序地接受區塊N的最後一行係數y’（0,7).. .y，（7,7) 以及區塊N + 1的第一行係數y’（〇,〇).. .y，（0,7)。圖中的 Β行顴示，這些元素行分別在Τ2及Τ3時段内成為可獲取之 平行狀鰭。多Τ：器則交替地選擇一（循序-平行轉換器 2〇的输出 > 元素行Μ及一（轉置記憶體24的输出）列。在 _八中所示的例子中假設區塊Ν中有動態存在。圖中的Ε 行顯示切換線路22先將接收到的區塊Ν的一元素行的偶數 元素（EV)送入轉換器23，然後再將奇數元素（01))送入。轉 換後的结果則是以行的方式儲存在第一記憶體2 4 1中。此 處的特例為，區塊Ν的最後一行c(7)在時段Τ2的前半段内 被轉換。如G行所示，一值為c7的寫入位址WA1在此轉換 «程中被送入第一記憶賵，也就是說轉換的结果將會儲存 在此記憶艏的第7行中。在時段T2的後半段中，如G行所 示，一值為R7的黷取位置RA2被送至第二記憶體242 。此 意謂著前一酒區段N-1的最後一列「（7)被謓取並轉換。在 T2時段終了時，轉換後的列會被送入平行-循序轉換器 25。如阃中的I行所示，轉換後的结果為循序的可獲取態 χ’（7,0)...χ·(7,7)。為了說明的完整起見，注意造些畫 -14- 各紙張尺度適用中a國家櫟準（CNS〉甲4規格（210 X 297公 82.3· 40,〇〇〇 (請先《讀背面之注意事項再螭寫本頁) _裝- 訂. •線. 219420 Afi A6 B6 五、發明説明（13 ) 區 的 中 搏 憶 記 1 第 在 。 存 的儲 1 及 N-M 塊行 區素 個元 1 的 前 1 於N+ _ 塊 是區 均個 素一 元下 面 理整 處完 受被 接可 地行 序素 循元 内之 T3現 段出 時故 在態 式動 方無 的中 似1 類H+ Μ 塊 均區 列設 素假 元中。 的八換 卩蹰轉 塊。地 (請先閲讀背面之注意事項再現良本頁) 丨裝. 訂. •線. 經濟部t央標準局貝工消费合作社印製 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公: 82.3. 40,000