CN100370806C - 具有集成动态格式变化滤波器的动态自适应解交错器 - Google Patents
具有集成动态格式变化滤波器的动态自适应解交错器 Download PDFInfo
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Abstract
一种在解交错解交织视频扫描仪中缩放具有不同尺寸的交错视频场的系统及方法。该解交错器可以期望某一尺寸的视频场。系统的输入为交错内容的视频流，域具有依赖于视频内容的不同大小。该方法将输入视频场缩放至解交错器所期望的尺寸。场的期望尺寸是可编程的。在存在系统输入的情况下，该方法可提供具有黑像素期望尺寸的输出。
Description
相关申请
本专利申请参考并主张美国临时专利申请序列号为60/540,376，名称为“具有集成动态格式变化滤波器的动态自适应解交错器”的优先仅，申请日为2004年1月30日，其完整的主题通过引用全部结合在本文中。
技术领域
本发明涉及视频信号处理。更确切地说，涉及一种支持各种视频源尺寸的方法及系统。
背景技术
在视频压缩、通信、解压缩及显示领域中，多年来一直存在着伴随逐行内容和逐行显示的同时支持交错内容和交错显示相关的问题。很多逐行视频系统支持一个或者其它类型的格式。因此这种动态隔行消除的设备在很多视频系统中成为一个重要组件。动态隔行消除功能将交错视频内容转换成逐行视频格式。
动态隔行消除在以双倍显示率将交错视频场带入并及转换成逐行帧。从图像到图像的目标移动会产生某些问题。在交错视频场中将移动目标从逐行帧进行了不同编码。可将以解交错格式编码并含有从一个图像到另一图像的微小移动的视频图象解交错成逐行格式，该逐行格式实际上不存在问题或者视觉假象。然而，当从交错变为逐行格式时，视频图像出现的问题在于其包括许多从一个图像到另一图像的移动。因而，将一些视频系统设计成具有移动自适应解交错视频扫描仪。
目前，移动自适应交错视频系统依靠数据的多场来从视频信号提取最高图像质量。数据的多场的结合仅当所有的场有相同尺寸的图像时才用于解交错。因此，系统期望输入图像为某一尺寸，该系统承载的所有的处理程序都适合所期望的具体图像尺寸。
典型地，将广播模拟标准定义(SD)图像在逐行扫描系统的720x480帧或交错系统的720x240场中抽样。所以，进来的模拟信号的宽度总是720。当信道由一个SD信道变换至另一个SD信道时，广播仍然具有相同的格式，每行有720像素的带宽。
然而，在很多视频系统如广播MPEG系统中，带宽少于720个像素的发送图像提供了卫星及光缆系统中的节余。某一信道播送352x480格式而另一信道播送720x480格式。当这种信道变化时，观众在观看时不会注意到这种变化，数字接收器接收信道输入并将其缩放至一个适合浏览器屏幕的固定尺寸。
场尺寸的变化产生了一个问题，即现有的隔行消除功能电路在不同尺寸视频帧间没有边界。在一个解交错处理过程中，为了将一个场中的一行与两个场前的场中的相同行进行比较，必须要求两个场有相同的带宽。在传送中间，如果场的水平尺寸在空闲时改变了，在352x480及720x480格式的情况下，该隔行消除功能会突然试着将352个样本与720个样本比较，并不会再工作。
现有的系统或是忽略这个问题而将不同尺寸的目标不恰当地解交错，或是在动态格式变化期间关闭该隔行消除功能。解决此问题的一个普遍方法是当输入图像尺寸变化时，禁用该隔行消除功能并使视频通过该系统，直到系统被刷新及恢复新数据和新带宽为止。因此，当分辨率在广播终端改变时，观众正在看屏幕而屏幕会突然变得模糊，半秒之后屏幕会变得刺眼，这将会激怒观众。
通过将该系统与结合附图的本发明的剩余部分中所述的本发明的方面相比较，常规和传统方法的其他局限性和缺点对本领域的普通技术人员而言是显而易见的。
发明内容
本发明关于在隔行消除功能中处理不同尺寸的交错视频场的系统及方法。该方法包括确定输入场的大小；确定输出场的期望大小；通过滤波器将输入场缩放至该期望尺寸；输出该具有期望尺寸的场。该方法进一步包括当没有接收到输入场时输出一个具有期望尺寸的黑场。输出场的期望尺寸在本发明的实施方式中是可编程的。
该系统包括一个将输入场缩放的整合滤波器，以不断产生具有期望尺寸的输出场。在本发明的一种实施方式中，该滤波器为一个多相缩放电路。该滤波器可以为一个有限脉冲响应滤波器，或者为一个无限脉冲响应滤波器。在本发明的一种实施方式中，该系统输出具有信号的场，其中包括场信号的开始、场信号的结尾、行信号的开始及行信号的结尾。
根据本发明的一个方面，提供一种在解交错器中处理具有不同尺寸的解交错视频场的系统，该系统包括：
基于输入场和期望尺寸通过缩放输入场以产生具有期望尺寸的输出场的滤波器；
其中，以期望尺寸将该输出场不断地输出；及
其中，期望尺寸是可编程的。
优选地，滤波器为多相缩放电路。
优选地，滤波器为有限脉冲响应滤波器。
优选地，滤波器为无限脉冲响应滤波器。
优选地，系统输出具有信号的场，包括：
场信号的开始；
场信号的结尾；
行信号的开始；及
行信号的结尾。
优选地，当没有接收到输入时系统输出期望尺寸的黑场。
优选地，当输入场没有期望尺寸时发生中断。
优选地，当输入场尺寸小于期望尺寸时，系统将黑色像素插入输入场中以将其尺寸增加至期望尺寸。
优选地，滤波器整合于该系统中。
优选地，期望尺寸为水平期望尺寸。
优选地，期望尺寸为垂直期望尺寸。
根据本发明的方面，提供一种在解交错器中处理具有不同尺寸交错视频场的方法，该方法包括：
确定输入场的大小；
确定输出场的期望大小；
通过滤波器将输入场缩放至该期望尺寸；及
输出具有该期望尺寸的场。
优选地，该期望尺寸是可编程的。
优选地，该滤波器为多相缩放电路。
优选地，该滤波器为有限脉冲响应滤波器。
优选地，该滤波器为无限脉冲响应滤波器。
优选地，该方法进一步包括当没有接收到输入场时输出具有期望尺寸的黑场。
优选地，所述方法进一步包括当输入场尺寸小于期望尺寸时，将黑色像素插入输入场以将其尺寸增加至期望尺寸。
通过以下对本发明的详细描述，将认识到本发明的这些及其它特征及优点，附图中的相同的标号表示相同的部分。
附图说明
图1a示出根据本发明实施例的用于MAD-3:2定位的示例性结构框图；
图1b示出根据本发明实施例的图1a所示的MAD-3:2的示例性接口框图；
图1c示出根据本发明实施例的图1a和图1b的MAD-3:2使用的算法的示例性流程框图；
图2示出根据本发明实施例的示例性动态自适应解交错器解交错器的顶层框图；
图3示出根据本发明实施例的解交错器的解交错器示例性输入和输出；
图4示出根据本发明实施例的解交错器示例性动态自适应解交错器框图；
图5示出根据本发明实施例的示例性视频网络输入控制块的框图。
具体实施方式
本发明的方面涉及视频信号处理。更确切地说，本发明的某些实施方式涉及支持各种视频源尺寸的方法及系统。虽然下面讨论的本发明的实施方式与视频处理有关，但可以理解的是也可以修改本发明以用于其它系统。另外，本发明下面要讨论的方面与水平缩放有关，应当理解的是本发明也可以用于垂直缩放。
本发明的某些方面包括可以用步调探测反向3:2下拉与3:2下拉的动态隔行消除功能的方法及系统，该下拉称为MAD-3:2或MAD32，其可用于视频网络(VN)中。该动态隔行消除功能的算法及结构可以双倍的显示率及可视的喜人的方式应用于从视频网络中的多个视频源中的一个获得交错视频场及将该获得的交错视频场转换成逐行帧。
通过使用视频网络可将该动态隔行消除功能(MAD-3:2)适用于从视频总线(VB)接收交错输入及输出并将解交错的逐行帧输出到视频总线(BUS)。例如，动态隔行消除功能可以在NTSC情况下接收720x480i分辨率及产生720x480p分辨率。对于PAL，动态隔行消除功能可以接收720x576i分辨率及产生720x576p分辨率。可以允许水平分辨率在场基础上改变成720的带宽。动态隔行消除功能(MAD-3:2)使用的动态自适应算法适合于为损失的像素平稳地调配各种近似值以防止因改变决定而产生可见轮廓。
多个视频场可用于确定移动。例如，在本发明的一种实施方式中，五种视频场可用于确定移动。动态隔行消除功能(MAD)可以利用由于移动被误解的可视人为因素风险的减少而产生稳定的无抖动视频，同时也提供改进的静止帧的操作。动态隔行消除功能(MAD-3:2)也可以提供量化移动信息的每个场类型的另外的场，为了减少误解的风险，其为可选择的。例如，量化的低成本移动信息的每种场类型可达到三个或更多额外场，该量化的低成本移动信息可以操作性地选择以减少被误解的风险。这可以以效能成本合算方法提供达到10种场的全部历史动态窗口。可以提供有助于减轻或排除NTSC梳理人为因素的整合彩度消除功能。也可提供方向指针滤波功能以在移动对角边中减少或排除锯齿边。MAD-3:2可以从胶片源提供反向3:2下拉以改进质量。
根据本发明的另一方面，动态隔行消除功能(MAD)的算法及结构也适用于提供错误编辑探测以在错误执行编辑的情况下，确保达到新的步调信号的可见的令人满意的转换。而且，也可以提供总像素修正以同时提高包括胶片及视频的主要材料的质量。例如，修正总象素用于已经被覆盖在胶片内容的隔行字幕上。动态隔行消除功能(MAD-3:2)也可以在3:2和/或2:2步调探测和修正上提供可选CPU控制。
图1a为根据本发明实施例的的MAD-3:2 100的示例性结构框图。参照图1，该MAD-3:2 100与多个缩放电路102，104，106及108一起被配置于第一交换结构110与第二交换结构112之间。该第一交换结构110称为输入交换结构，第二交换结构112称为输出交换结构。
MAD-3:2 100包括至少一个视频网络输入端及至少一个视频网络输出端，可以将其配置以保持其自己额外场的存储。可以从第二交换结构112的输出端到第一交换结构110的输入端设置反馈通路。这可以使任何标准定义(SD)视频源(如MPGE反馈器103和105，视频反馈器107，109，111，113及115，和/或VDEC117等)可作为MAD32100和/或缩放电路102，104，106及108中的一个的输入端工作。该VDEC117是一个可以处理NTSC信号以从luma分离颜色的模拟视频编码器。MPGE反馈器103及105可以接收4:2:0及4:2:2的视频数据并应用4:2:2的视频数据。视频反馈器107，109，111，113及115可以接受4:2:2的视频数据及应用4:2:2的视频数据。第二交换结构112的输出端通过反馈通路114被返回至第一交换结构110。
专利号为10/314,525，申请日为2002年11月9日，名称为“视频处理模块的网络环境”的美国专利申请系列揭示了一种示例性交换结构网络模组及相关的系统，其为与本发明相关的视频网络交换结构的代表。相应地，可以通过引用该专利将其结合在本文中。
图1b为根据本发明实施例的图1a所示的MAD-3:2 100的示例性接口框图。参照图2，MAD-3:2 100包括多个总路线接口及包括产生一个或多个系统CPU中断的能力。MAD-3:2 100运行在一个单独的系统时钟上。然而，本发明并不局限于一个可以使用的时钟。在本发明的一种实施方式中，MAD-3:2 100包括一个视频总线(VB)输入端120，一个视频总线输出端122，及两个独立的双向读/写SCB客户连接，SCB0 124及SCB1 126。该SCB可以是一个用于通过存储器中的帧/场的内部总线。该视频总线(VB)输入端120可用于向MAD-3:2 100提供场。视频总线122允许在达到一个线条网线混合或捕获版前通过视频网络并通过一个缩放电路将交错输出帧转移。一个RBUS接口128可用于配置MAD-3:2 100或通过一个或多个接口信号和/或寄存器访问它的状态。该RBUS可为一个用于对寄存器编程以控制及配置CPU的多用途总线。MAD-3:2 100接口的至少一部分可以与缩放电路的时钟输入同步。视频网络接收器输入错误中断130可以以一个输入场尺寸产生，该尺寸与期望编程场尺寸不同。当在前一个场中收集的统计已准备好由一个CPU或其它器读取时，每个场或至少一些场产生一个反影讯准备中断132。
图1c为本发明实施例的图1a和图1b的MAD-3:2 100所使用的示例性算法流程的框图。参照图1c，其示出对应于算法的数据流，该算法用于确定视频的luma组件。该运算可有效地分为两个子块。例如，图3的左边为动态解交错器150的动态隔行消除功能(MAD)方法，右边所示为反向3:2下拉180。对于每一个输出像素，动态解交错器150，反向3:2下拉180或动态解交错器150及反向3:2下拉方法180的混合器160均可用于确定考虑下的输出像素的动态适应值。
动态解交错器(MAD)150包括一个方向滤波器154，一个实时场平均模块156及一个混合器158。动态解交错器(MAD)150包括适合的逻辑及编码和/或电路，用于执行解交错的动态隔行消除(MAD)方法。该MAD150包括用于存储数据和/或指令的本地存储器。该方向滤波器154包括适合的逻辑、编码和/或电路，适用于取空间近似输出像素值。该实时场平均块156包括适合的逻辑、编码和/或电路，并适用于取暂时近似输出像素值。该混合器158包括适合的逻辑、编码和/或电路，并适用于将暂时的及空间的近似输出像素值相结合。
在操作中，该MAD150可从一个隔行视频场中接收输入场像素，再以双倍显示率将它们转换成逐行帧中的输出帧场。输入到MAD150的水平分辨率基于顺向格放进行变换。MAD150将输出像素的各种近似值平稳地混合起来的一个动态自适应算法可通过改变结果而产生可见的轮廓线。在本发明的一种实施方式中，需要确定每一个输出像素周围的动态数量，用以为输出像素使用一个适合的近似值。MAD150可利用方向滤波器154，实时场平均模块156及混合器158以获得为视觉喜人的输出像素的动态适应值。
图2为根据本发明实施例的示例性动态解交错器解交错器255的顶层框图。MAD255可以是视频网络组件。在本发明的实施方式中，MAD2558从视频源中提取隔行视频场，再以双倍显示率将它们转换成逐行帧。
MAD255从一个视频总线接受隔行视频输入257，将交错的逐行的视频259输出到该视频总线。输入到MAD255的水平分辨率基于顺向格放变换。该MAD255可以利用一个动态自适应算法将丢失像素的各种近似值平稳地混合以防止通过改变结果而产生的可见的轮廓线。在本发明的一种实施方式中，需要确定每一个输出像素周围的动态数量，用作输出像素的一个适合的近似值。MAD255可利用方向滤波器261以得到空间近似值，利用实时平均块263得到暂近似值，及具有混合器265以结合两个近拟值的混和控制。
图3为根据本发明实施例的动态解交错器的示例性输入及输出。参照图5，所示的三个场出现于该动态解交错器中。第一场201为前场，第二场203为后场，第三场205也为前场。第一场201可以为一个前场或后场，依据第一场201，场的顺序可在前场及后场间交替。动态解交错器可以在场中(图5的黑块行)提取当前行及填充空缺行(图5中的空白行)以产生输出帧。隔行消除的处理可以被看作从源场中提取像素的一行而产生像素的两个输出行。一个行来自源场，可称作“当前行”(黑色)。其它需要产生的行可称作缺省行(交叉产生行)。然后重复这个双输出行模式以产生输出帧。缺省行的像素可根据本发明的一种实施方式使用隔行消除处理程序计算缺省行的像素。当前像素的一行可用缺省像素的一行平行输出。输出的两行可组成逐行帧行。
图4为根据本发明实施例的示例性动态自适应解交错器301解交错器的框图。MAD301有五个总线接口及可以产生两个系统中断。MAD301可在一个单独的系统时钟303上运行。MAD301具有一个视频总线输出305，一个视频总线输出307及两个反向(读/写)SCB客户连接，SCB0客户309及SCB1客户311。该视频总线输入305可用于向MAD301提供场。该视频总线输出307允许逐行的输出帧继续存在于视频网络中。寄存器总线(RBUS)接口313用于形成MAD301或接收其状态。这五个接口可与相同的时钟同步。当一个输入场的尺寸与已编程的期望场尺寸不同时，会产生视频网络接收器输入错误中断315。当CPU准备读前一场收集的统计时，该反向影讯准备中断317运用于每个场中。
在本发明的一种实施方式中，图画一次以RASTER顺序通过视频输入总线305向MAD301发送一个像素。该MAD301可使用RBUS接口313通过内部寄存器。MAD301可使用SCB0客户309保持前几个隔行场的存储。依赖于通过CPU寄存器编程所控制的配置，SCB1客户311可以或不可以被激活。当SCB1客户311被激活时，其可保持三个量化的动态场中的两个的存储。
图5为根据本发明实施例的示例性视频网络输入控制块401的框图。在本发明的实施方式中，视频网络输入控制块401用于从视频总线上提取视频网络输入403并向系统的其它组件提供视频网络反馈405。该视频网络输入控制块401依据输入视频的水平尺寸在水平方向上缩放输入视频。视频网络输入控制块401也可以向MAD系统的其它部分提供像素的线阵列。视频网络输入控制块401在场的结尾停止并等待表示一个新场开始的诸如一个新场启动闸门信号407的信号。
视频网络接收器409可确保在视频网络输入403上接收的场的高度与尺寸高度415相等，尺寸高度415可以为期望的垂直行数量。该视频网络接收器409具有一个本地编程期望行宽度比如每行720个像素。视频网络接收器409在场结尾处停止接收来自视频网络输入403的输入。在接收场启动闸门信号407之后接受来自视频网络输入403的新的输入。视频网络接收器409可以排除所接收的任何超过尺寸高度415的额外行。如果接收了过少的行，即，少于尺寸高度415，可插入包括黑像素的额外行。
水平多相缩放电路413可以为一个每相8个接头的8相缩放电路，其包括相位插入以提供总共64个有效的相位位置。在本发明的一种实施方式中，可以被本地编程的一个参数诸如尺寸宽度411表示在水平多相缩放电路413的输入上的每行像素的期望数量。超过尺寸宽度411的额外像素被排除。过少的少于尺寸宽度411的像素可通过插入黑像素组成要求的带宽。该水平多相缩放电路413可以基于输入帧及期望的帧尺寸以当前尺寸或缩放的尺寸通过帧。水平多相缩放电路413也可以缩小帧。输入场的分辨率可以从一个场变化至另外一个场，这种变化由水平多相缩放电路413表示。然后水平多相缩放电路413从一个场中缩入输入线以确保输出场具有超尺寸宽度417。例如，该超尺寸宽度417可以为每行720个像素。如果一个输入场有720个像素的宽度，水平多相缩放电路413可以通过1的一个因素水平地缩放该场。下一个场可以有每行360个像素的宽度，这种信息可标示至水平多相缩放电路413，然后由水平多相缩放电路413通过2的一个因素水平地缩放该场。由于可平稳地处理从一个场尺寸到另外一个场尺寸的变换，该隔行消除处理不会被中断，所有的场可通过本系统被缩放至期望的宽度。
视频网络反馈405包括行开始，行结尾，场开始及场结尾信号。超尺寸宽度417表示水平多相缩放电路413的输出上的每行像素的期望数量。可以排除额外的像素。过少的像素通过插入黑像素而组成需要的宽度。如果设置了强制刷新419，则视频网络输入403上没有任何期望。随着场启动闸门407，通过黑色像素的超尺寸宽度417的尺寸高度415的整个场尺寸可作为网络反馈405输出，包括行开始，行结尾，场开始及场结尾信号。
虽然已经结合某些实施方式详细描述了本发明，对于本领域普通技术人员来说，可以在不脱离本发明保护范围的前提下作出不同的改变或者使用等同物替代。另外，在不脱离本发明保护范围的前提下，可作出一些修改以使特殊情况或材料适应于本发明的教学。因此，本发明并不局限于所提示的实施方式，而是包括了落入权利要求保护范围内的所有实施例。
Claims (10)
1.一种在解交错器中以不同尺寸处理隔行视频场的系统，其特征在于，该系统包括：
基于输入场和期望尺寸通过缩放输入场以产生具有期望尺寸的输出场的滤波器；
其中所述输出场以期望的尺寸被不断地输出；及
所述期望尺寸是可编程的。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滤波器为多相缩放电路。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滤波器为有限脉冲响应滤波器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述滤波器为无限脉冲响应滤波器。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统输出具有信号的场，包括：
场信号的开始；
场信号的结尾；
行信号的开始；及
行信号的结尾。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当没有接收到输入场时输出一个期望尺寸的黑场。
7.一种在解交错器中处理具有不同尺寸交错视频场的方法，其特征在于，该方法包括：
确定输入场的大小；
确定输出场的期望大小；
通过滤波器将输入场缩放至该期望尺寸；以及
输出该具有期望尺寸的场。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述期望尺寸是可编程的。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述滤波器为多相缩放电路。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述滤波器为有限脉冲响应滤波器。
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