CN100442820C - 去隔行扫描的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种非隔行扫描的装置和方法，包括一个为每个与在前场和下一场相关的预测运动矢量实现运动补偿时间内插操作的运动补偿单元，上述场分别在将被内插的当前场之前和之后，该运动补偿单元生成将被内插的象素的内插值，并从内插值中选择一个值作为第一内插值输出。更进一步地，还包括一个空间内插单元，该单元使用将被内插的象素周围的象素值生成将被内插象素的第二内插值，以及一个输出单元，用于混合第一和第二内插值。

Description

去隔行扫描的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种去隔行扫描的装置和方法，尤其是，涉及一种容易实现的、并具有快速处理速度的去隔行扫描装置和方法，它计算用于预测运动矢量的内插值和混合值，并将所选值用作最终的内插值和混合值。

技术背景

以隔行扫描模式和逐行扫描模式作为图象显示装置的扫描模式。普通电视及类似设备采用隔行扫描模式。隔行扫描模式是指这样的一种模式，当显示一幅图象时，将一个图象帧分为两个场，在屏幕上顺序、交替地显示这些场以形成图象。这时，该两个场就被称为顶场和底场、上场和下场、奇数场和偶数场，或其他类似的场。

此外，逐行扫描或非隔行扫描模式使用于计算机监视器、数字电视等设备中。非隔行扫描模式是将一帧图象作为一个帧单元进行处理，并象一个投影胶片一样，在屏幕上一次显示全帧图象的模式。

一个去隔行扫描装置与一个将隔行扫描模式的视频信号转化为逐行扫描模式的视频信号的装置有关。使用逐行扫描模式的视频显示设备在数量上

增加了，同时，也增加了在不同的扫描模式之间交换数据的必要性，所以，需要一种去隔行扫描装置以将隔行扫描模式转化为逐行扫描模式。

能够实现去隔行扫描或内插方法的各种方法都可以被用于将隔行扫描模式的视频信号转换为逐行扫描模式的视频信号。作为一个基本方法，有一种行复制方法，该方法复制将被内插的当前场的行信息。这种基本方法很容易实现，但有一个缺点，即，内插图象的分辨率下降到一半，同时某一特定时刻的特定图象可能会完全消失。

为了克服这个缺陷，已经开发出一种空间内插法，通过在当前场的两行之间插入两行数据的一个平均数据的方法，以实现新的场，以及一种时间内插法，其不具有运动补偿功能，但可以通过使用在当前场之前和之后的场线来生成在当前场线之间的帧。这些方法可以在简单的硬件中实现，但是，由于内插图像的失真，这些方法在运动中内插图象的情况下可能会生成误差或降低图像的质量。

为了弥补上述缺陷，已经开发出运动补偿内插法，它参照当前场数据将所述图像划分为与连续场数据相关的多个块，获得与各个块相关的运动，并参照运动矢量内插当前帧图象。这种运动补偿方法已经在1998年7月7日发出的美国专利第5777682号中公开了。

另外，运动自适应内插法预测一个运动范围，并基于所述运动内插帧。这种运动自适应内插法已经在1991年6月25日发出的美国专利第5027201号和1992年10月27日发出的美国专利第5159451号等专利中公开了。

但是，运动自适应内插法在硬件结构中是相对简单的，所以，运动自适应内插法能以较低的成本而容易地实现，但存在恶化能使图象质量得到改善的性能的问题。更进一步地，运动补偿内插法需要来自当前将被内插的场及用于运动预测的参考场中的大量象素数据，所以，运动补偿内插法需要访问来自一个场或帧存储器中的大量数据，或需要将数据存储到一个大容量缓冲器中，这就使它实现起来很复杂并使其实现成本很高。

此外，运动补偿内插法通常采用用于运动预测和补偿的单元块运动矢量，所以，由于为每个块单元都进行误差校正，所以，在内插图象上时时都会出现块的人工产物。因此，就需要一个后续处理以避免这个人工产物，这就会生成使总体的硬件结构相当复杂的问题。

发明内容

本发明诣在解决上述问题，因此，根据本发明的一个方面，提供了一种去隔行扫描的装置和方法，可以有效地实施运动补偿，容易实现，并具有快速的处理速度。

本发明另外的方面和/或优点，部分地将在下面进行描述，部分地从描述中显而易见，或可以从本发明的实施中学习到。

为了实现上述目的，根据本发明的一个去隔行扫描装置，包括：一个运动补偿单元，用于参照分别超前和滞后于将被内插的当前场的在在前场和下一场执行与每个运动预测运动矢量相关的运动补偿时间内插；生成将被内插的一个相素的多个内插值，并输出从所述多个内插值中选择的一个值作为第一内插值；一个空间内插单元，用于使用所述将被内插的象素周围的象素值实施空间内插操作，生成所述将被内插的象素的第二内插值；和一个输出单元，用于将一个加权值与所述运动补偿单元输出的第一内插值和所述空间内插单元输出的第二内插值进行混合，并输出一个指出该混合的值。

根据本发明的一个方面，所述运动补偿设备在运动信息的基础上针对与每个预测运动矢量相关的将被内插的像素计算一个混合值，并输出混合值的一个选择值作为加权值。更进一步地，运动补偿设备还在所述下一个和在在前场的基础上以其中参考所述预测运动矢量设置一个位置的搜索区域为单位计算总计绝对值差(SAD)，并基于SAD值选择第一内插值和加权值。

运动补偿设备可以包括多个运动补偿辅助单元，每个单元都生成一个内插值、SAD值和与每个预测运动矢量相关的混合值；以及一个选择单元，用于在所述SAD的基础上输出内插值中的选择值和混合值中的选择值作为第一内插值和加权值。

这时，可能每个运动补偿辅助部分都包括一个用于计算SAD值的SAD计算单元；一个用于生成混合值的运动信息单元；一个用于计算内插值的时间内插单元。在此，SAD计算单元可以包括一个段SAD计算器，用于针对具有一定大小的行计算所述段SAD值；一个SAD缓冲器，逐行存储段SAD计算器计算的段SAD值；以及一个块SAD计算器，把存储在SAD缓冲器中的段SAD值相加，并计算该SAD值。

运动信息单元可以包括一个运动信息计算器，用于参照将被内插的所述相素计算一个运动信息值，该运动信息值指出在在前场及下一场之间的运动范围；一个运动信息缓冲器，用于存储与所述运动信息对应的混合值；以及一个加权值计算器，用于参照所述运动信息缓冲器计算所述混合值。

根据本发明的一个方面，选择设备包括一个第一多路复用器，输出内插值中的任何一个作为第一内插值；一个第二多路复用器，输出混合值中的任何一个作为加权值；以及一个运动选择单元，用于根据SAD值控制第一、第二多路复用器的输出。此时，运动选择部分可以控制选择与预测运动矢量对应的内插值和混合值，该运动矢量用于生成SAD值的最小SAD值。

此外，一个去隔行扫描方法包括参照分别是将被内插的当前场之前和之后的场的在前场和下一场为每个预测运动矢量实施运动补偿时间内插操作，以便生成用于将被内插像素的内插值，并输出内插值中的一个选择值作为第一内插值；使用将被内插的象素周围的象素值实施空间内插操作，生成所述将被内插的象素的第二内插值；将一个加权值与第一和第二内插值进行混合，并输出指出该混合的一个值。

根据本发明的一个方面，所述实施方法还包括在运动信息的基础上就将被内插的每个预测运动矢量计算计算一个混合值，并输出混合值中的一个选择值作为加权值。更进一步地，所述实施方法还包括通过在下一场和在前场的基础上以其中参照所述预测运动矢量设置了一个位置的搜索区域为单位计算总计绝对差值(SAD)，并在SAD值的基础上选择第一内插值和加权值。

运动补偿时间内插方法包括：生成内插值、SAD值、及用于预测运动矢量的混合值；以及基于SAD值输出内插值中的选择值和混合值中的选择值。

内插值、SAD值及混合值的生成包括：计算SAD值；生成混合值；及计算内插值。在此，SAD值的计算包括：就每个具有一定大小的行计算一个段SAD值；逐行存储段SAD值；以及把存储的段SAD值相加并计算该SAD值。混合值的生成包括计算一个运动信息值，该运动信息值参照将被内插的像素指出在在前场和下一场之间的运动范围；并参考与所述运动信息值对应的已存储的混合值，和计算所述该混合值。

此外，从所述内插值中选择的值和所述混合值的输出可以控制选择与预测运动矢量对应的内插值和混合值，该预测运动矢量用于生成SAD值的最小SAD值。

附图说明

本发明的这些和/或其他方面及优点通过结合附图对实施例的描述而变得清晰并更加容易理解，附图如下：

图1是示出了根据本发明一个方面的去隔行扫描装置的方块图；

图2是详细示出了图1的运动补偿辅助部分的方块图；

图3是详细说明图2的SAD计算部分的方块图；

图4是示出了图2的运动信息部分的方块图；

图5是解释根据本发明一个方面的去隔行扫描装置的操作步骤的流程图。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的各个方面，在附图中示出了本发明的例子，其中，同样的元件采用同样的附图标记表示。以下将参照附图描述各个方面以说明本发明。

图1是示出了根据本发明一个方面的去隔行扫描装置的方块图。去隔行扫描装置具有运动补偿辅助部分100a到100n、运动选择部分150、第一多路复用器200、第二多路复用器250、空间内插部分300以及输出部分350。

运动补偿辅助部分100a到100n中的每一个都具有相同的结构，顺序输入隔行扫描模式的时间连续的场，并分别输入预测运动矢量V1到Vn。这时，当前将被内插的一个场称为当前场，在时间上，当前场之前和之后的场分别称为在前场和下一场。更进一步地，分别输入到运动补偿辅助部分100a到100n的预测运动矢量V1到Vn，不是经过运动检测计算出来的运动矢量，而是预测的运动矢量。

内插操作必须在参考场的在前场和下一场之间查询与当前场最相似的块，其被称为运动预测，和一个表示块移动了多远的位移量被称之为运动矢量。即，运动矢量是一个二维信息，用于指出在参考场和当前场中的块在二维X-Y坐标上的运动量中的位移。因此，运动矢量包括在水平方向上的位移量和在垂直方向上的位移量，并且它通常包括在该运动矢量为内插而指向的一个位置处的对应块。但是，根据本发明的一个方面，去隔行扫描装置使用预测运动矢量V1到Vn，计算相应预测运动矢量所指位置处的内插值，并选择所计算的内插值中的一个。

因此，运动补偿辅助部分100a到100n指的是所述输入预测运动矢量V₁到V_n参照在前场和下一场指向的对应区域，并计算总计绝对差SAD值A1到An、用于混合时间内插值和空间内插值的混合值B1到Bn、以及用于运动补偿时间内插的内插值C1到Cn。

运动选择部分150在从各个运动补偿辅助部分100a到100n输出的各个SAD值A1到An的基础上，选择各运动补偿辅助部分100a到100n的任一输出；并且，因此控制第一和第二多路复用器200和250输出值的选择。基于这种控制，第一和第二多路复用器200和250向输出部分350输出作为第一内插值和加权值α的分别从混合值B1到Bn及内插值C1到Cn中选择的任意值，它们是运动补偿辅助部分100a到100n的输出。

空间内插部分300使用当前场中将被内插象素周围的象素值实施空间内插操作，从而计算用于将被内插象素的一个第二内插值。

输出部分350混合第一多路复用器200输出的第一内插值、空间内插部分300输出的第二内插值、以及第二多路复用器250中输出的加权值α。输出部分350输出的值成为最终的内插值。

图2是详细示出了图1中运动补偿辅助部分100a到100n的第一运动补偿辅助部分100a的方块图。所有的运动补偿辅助部分100a到100n都具有相同的结构。

在图2中，运动补偿辅助部分100a具有SAD计算单元110、运动信息单元120、时间内插单元130以及存储器存取单元140。

SAD计算单元110参照所述在前场和下一场比较与在预测运动矢量V1所指位置处的具有预定大小的宏块对应的图象，并计算一个值。如图3所示，SAD计算单元110具有段SAD计算器111、SAD缓冲器113和块SAD计算器115。这时，段SAD计算器111比较在在前场和下一场中与在参照所述预测运动矢量而设置的位置处的具有某个尺寸的行段对应的图象，并计算一个行SAD值。所计算出的行SAD值被传送到SAD缓冲器113。SAD缓冲器存储与宏块中每行位置相匹配的行段的行SAD值。块SAD计算器115将存储在SAD缓冲器113中的所有值相加，由此，可以计算出一个与宏块的SAD值相应的值。

运动信息单元120参照将被内插的一个当前场像素逐象素地计算在在前场和下一场之间的运动信息。在此，在在前场和下一场中将被涉及的区域成为输入预测运动矢量V1所指的一个区域。运动补偿辅助部分100基于所计算的运动信息计算用于混合的混合值。如图4所示，运动信息单元120可以具有运动信息计算器121、运动信息缓冲器123和加权值计算器125。在这种情况下，运动信息计算器121参照预测运动矢量V1检测运动信息值，该运动信息值指出是否存在将被内插的当前场的个别象素的运动。检测的运动信息值传送到并存储在运动信息缓冲器123中。运动信息缓冲器123以表格形式存储与各个运动信息值相关的混合值，加权值计算器125查询该表，根据运动信息计算器121输出的运动信息，选择并输出存储在查询表中的一个混合值。此时，输出混合值变为0或1。

时间内插单元130涉及指向输入预测运动矢量V1的在前场和下一场的区域，实施运动补偿时间内插，并计算将被内插象素的内插值。

存储器存取单元140存储将被内插的当前场象素周围的行，并存储在在前场和下一场中预测运动矢量V1所指向的相应的区域，并分别向SAD计算单元110、运动信息单元120、时间内插单元130提供所存储的行和区域。

当根据输入的预测运动矢量V1到Vn计算SAD值、运动信息值、及内插值时，上述操作处理在所有的运动补偿辅助部分100a到100n中以相同的方式执行，除了涉及将要发生变化的在前场和下一场的区域以外。

图5是说明根据本发明一个方面的去隔行扫描装置操作的流程图。参考图5，在操作S300中，各个运动补偿辅助部分100a到100n输入时间连续的场，并输入不同的预测运动矢量V1到Vn，输出内插值、混合值或加权值α。运动补偿辅助部分100a到100n参照预测运动矢量同时计算SAD值。

运动选择部分150参考由各个运动补偿辅助部分100a到100n计算的SAD值，选择一个计算最小SAD值的运动补偿辅助部分。因此，在操作S305中，运动选择部分150控制第一和第二多路复用器200和250输出值的选择，以便将计算最小SAD值的运动补偿辅助部分计算的内插值和加权值传输到输出部分350中，从而选择时间内插值或混合值(或加权值)，它们都是由运动补偿辅助部分100a到100n计算得出的。因为用于计算得到的最小SAD值的预测运动矢量是本征运动矢量，所以选择时间内插值或混合值，上述本征运动矢量最好地指出了当前将被内插的象素的运动。

在操作S310中，空间内插部分300使用将被内插的当前场象素周围的象素值，并计算与将被内插的所述象素相关的空间内插值。

在操作S315中，输出部分350利用从所述第二多路复用器250输出的加权值将第一多路复用器200输出的时间内插值和空间内插部分300输出的空间内插值进行混合以用于指出该混合的输出。即，从输出部分350输出的最终内插值是时间内插值、空间内插值和将时间内插值、空间内插值与加权值混合所得到的混合值中的任意一个，该值成为最终的内插值。

根据本发明一个方面的方法，同时计算与各预测运动矢量相关的内插值、加权值等等，并选择这些值中的任一个用于与传统方法不同的内插。根据本发明一个方面的方法，通过运动检测计算运动矢量，根据所计算的运动矢量计算内插值等，并实施内插操作。根据本发明一个方面的方法，具有在用于运动检测所必需的内存大小、存取速度等方面的优点，由此，其容易实现并提高了处理速度。

如上所述，根据本发明的一个方面，提供了去隔行扫描的装置及方法，其采用预测运动矢量用于同时计算内插值和加权值，并选择这些值中的一个，该装置及方法易于实施并具有很快的处理速度。

尽管本发明的一些方面已经展示出来并加以描述，本领域技术人员可以理解的是，在不脱离本发明的原理和实质以及不超出由权利要求所限定的范围及其等价物的情况下，可以对实施例加以改变。

Claims (17)

1.一种去隔行扫描装置，包括：

一个运动补偿单元，用于参照分别位于将被内插的一个当前场之前和之后的在前场和下一场对每个预测的运动矢量实施运动补偿时间内插，生成将被内插像素的内插值，并输出从所述内插值中选择的一个值作为第一内插值；

一个空间内插单元，用于使用所述将被内插的象素周围的象素值实施空间内插操作，生成所述将被内插的象素的第二内插值；和

一个输出单元，用于将一个加权值与所述运动补偿单元输出的第一内插值和所述空间内插单元输出的第二内插值进行混合，并输出一个指出该混合的值。

2.如权利要求1所述的去隔行扫描装置，其中，所述运动补偿单元还在与将被内插的象素相关的运动信息的基础上，计算用于所述预测运动矢量的多个混合值，并从这些混合值中选择一个值作为加权值输出。

3.如权利要求2所述的去隔行扫描装置，其中，所述运动补偿单元还在下一场和在前场的基础上，在参照所述预测运动矢量设置的位置处以一个搜索区域为单位计算总计绝对差值，并在总计绝对差值的基础上选择第一内插值和加权值。

4.如权利要求3所述的去隔行扫描装置，其中，所述运动补偿单元包括：

多个运动补偿辅助单元，其中的每一个都生成用于每个预测运动矢量的一个内插值、总计绝对差值，以及混合值；和

一个选择单元，基于总计绝对差值，输出内插值中的选择值和混合值中的选择值以作为第一内插值和加权值。

5.如权利要求4所述的去隔行扫描装置，其中，所述每个运动补偿辅助单元包括：

一个总计绝对差值计算单元，用于计算总计绝对差值；

一个运动信息单元，用于生成混合值；和

一个时间内插单元，用于计算内插值。

6.如权利要求5所述的去隔行扫描装置，其中，所述总计绝对差值计算单元包括：

一个段总计绝对差值计算器，用于计算一个与具有一定大小的行相关的段总计绝对差值；

一个总计绝对差值缓冲器，用于逐行存储由段总计绝对差值计算器计算的段总计绝对差值；和

一个块总计绝对差值计算器，用于将存储在总计绝对差值缓冲器中的段总计绝对差值相加，并计算该总计绝对差值。

7.如权利要求5所述的去隔行扫描装置，其中，所述运动信息单元包括：

一个运动信息计算器，用于计算一个运动信息值，该运动信息值指出与将被内插的象素相关的在前场及下一场之间的运动范围；

一个运动信息缓冲器，用于存储与所述运动信息对应的混合值；和

一个加权值计算器，用于参照所述运动信息缓冲器计算所述混合值。

8.如权利要求4所述的去隔行扫描装置，其中，所述选择单元包括：

一个第一多路复用器，用于输出内插值中的任何一个作为第一内插值；

一个第二多路复用器，用于输出混合值中的任何一个作为加权值；和

一个运动选择单元，根据总计绝对差值控制第一、第二多路复用器的输出。

9.如权利要求8所述的去隔行扫描装置，其中，所述选择单元控制与预测运动矢量对应的内插值和混合值的选择，以便生成总计绝对差值的最小总计绝对差值。

10.一种去隔行扫描的方法，包括：

参照在前场和下一场实施与每个预测运动矢量相关的运动补偿时间内插，所述在前场和下一场分别是将被内插的当前场之前和之后的场，为将被内插的象素生成内插值，并输出内插值中的一个选择值作为第一内插值；

使用将被内插的象素周围的象素值实施空间内插操作，生成所述将被内插的象素的第二内插值；和

将一个加权值与第一和第二内插值进行混合，并输出指出该混合的一个值。

11.如权利要求10所述的一种去隔行扫描方法，其中，所述实施进一步包括，在所述运动信息的基础上针对将被内插的预测运动矢量的像素计算所述混合值，并作为加权值输出从混合值中选择的值。

12.如权利要求11所述的一种去隔行扫描方法，其中，所述内插进一步包括，在所述下一场和在前场的基础上参照所述预测运动矢量以被设置了一个位置的搜索区域为单位计算总计绝对值差，并在所述总计绝对差值的基础上选择所述第一内插值和所述加权值。

13.如权利要求12所述的一种去隔行扫描方法，其中，所述运动补偿时间内插的实施包括：

生成与所述预测运动矢量相关的内插值、总计绝对差值以及混合值；

基于总计绝对差值，输出内插值中的一个选择值和混合值中的一个选择值。

14.如权利要求13所述的一种去隔行扫描方法，其中，所述内插值、总计绝对差值和混合值的生成包括：

计算总计绝对差值；

生成混合值；和

计算内插值。

15.如权利要求14所述的一种去隔行扫描方法，其中所述总计绝对差值的计算包括：

计算与每个具有一定大小的行相关的段总计绝对差值；

逐行存储段总计绝对差值；和

将存储的段总计绝对差值相加并计算该总计绝对差值。

16.如权利要求15所述的一种去隔行扫描方法，所述混合值的生成包括：

计算一个运动信息值，该运动信息值指出与将被内插的象素相关的在前场和下一场之间的运动范围；

参考与运动信息值相关的已存储的混合值，并计算该混合值。

17.如权利要求13所述的一种去隔行扫描方法，其中所述内插值和混合值中所选值的输出可以控制选择与预测运动矢量相关的内插值和混合值，该运动矢量用于生成总计绝对差值的最小总计绝对差值。

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