CN100488247C - 视频格式转换装置 - Google Patents

Abstract

一种视频格式转换装置由以下几部分组成：当传送所输入影像信号格式信息时，检测出格式信息，当不传送时，利用输入的影像同期信号或外部格式信息，检测出所输入影像格式信息的输入影像格式检测部；根据在输入影像格式检测部中检测出的格式信息，将输入的影像信号的分辨率，帧频，扫描方式，画面比，色坐标，色差格式转换成所需输出格式的格式转换部；对在格式转换部中转换的信号进行灰度补正和几何学补正的显示特性补正部；调整补正信号的画质的画质调整部；上述组成要素通过一个芯片完成，所以支持多种规格的视频信号及显示装置，可减少硬件的大小及降低费用。

Description

视频格式转换装置

技术领域

本发明涉及到视频格式转换装置，更详细地说，是关于处理多种输入的视频，显示在一个和多个的显示器中的装置，以及处理多种输入的视频，将其转换成一个或多个的其他视频规格，并输出的装置。

背景技术

视频的信号规格及显示装置有多种。

上述视频信号规格包括传统的模拟电视信号(NTSC，PAL，SECAM等)，VCR信号，PC信号(VGA～UXGA)，同时还包括最新的数字电视(ATSC，DVB，ARIB)信号等。根据其适用系统的不同，有许多不同的规格。

而且，为了能够使人们看到视频信号，显示装置分为被广泛应用的CRT和投影方式，及最近开发的PDP(Plasma Display Panel)，LCD(Liquid Crystal Display)等许多种类。

随着数字播放的正式开始和数字电视(DTV)的普及，对支持这样多种视频规格及显示装置的需求不断扩大。

并且，由于半导体工程的发展，可能实现SOC(System-On-Chip)，各种复杂的功能都能通过一个芯片得以彻底实现。

数字电视(DTV)与传统的模拟电视的一个最大的区别就在于，它能在一个规格里支持多种格式。

举例来说，美国的地面波数字电视(DTV)播放规格ATSC规格规定为具有18个视频格式，其中，电视台能够根据节目的不同，选择希望的格式进行播放。

表1显示了上述上述18个视频格式。

【表1】

如表1所示，ATSC规格具有18个视频格式，这里所说的视频格式指的是分辨率，帧频，扫描方式及画面比4项。

为了传送如此多种格式的信号，数字电视(DTV)无线电接收机应该支持多种输入格式。即，为了与自身显示装置的格式相符，应该具有支持将多种输入格式转换成一定的输出格式的功能。数字播放能够将视频信号格式的信息附加到报头中进行传送。

格式转换的专利通过MIT专利(US 5,187,575)规定为清晰度，帧频，扫描方式3项内容。

图1是显示上述格式转换专利内容的简略示意图。

如图1显示N个输入格式经过一定的处理过程后，转换成N个输出格式的过程。

一般，数字电视(DTV)用格式转换部提供除了上述清晰度，帧频，扫描方式3种以外，还追加了画面比的4种格式转换方法的方案。

所以，数字电视(DTV)的格式转换装置能够输入多种格式的信号，并将其转换成希望的输出格式。它是将输入影像的清晰度，帧频，扫描方式及画面比转换为希望的输出格式的一个代表实施例。

图2是普通的数字电视(DTV)的格式转换装置的一个例子的组成方框图，假定RF状态的数字电视(DTV)信号通过VSB方式转型。

即，以VSB转型方式输入的RF状态的数字电视(DTV)信号经过VSB检波器201进行检波后，以传送传送(Transport：TS)流状态输入到TS多路信号分离器202中。TS多路信号分离器202从包含在同一频道的多个节目中选择用户喜欢的节目，将选择的节目分离成多重化的音频和视频位流后，将视频位流向MPEG2视频解码器203输出；音频位流向音频解码器205输出。

MPEG2视频解码器203将输入的视频位流中除overhead(各种报头信息，开始码等)以外的纯粹的数据信息进行可变长度解码(VariableLength Decoding：VLD)后，经过逆量子化过程，逆离散余弦变换(Inverted Discrete Cosine Transform：IDCT)过程及利用运动向量的运动补偿过程，复原成原画面的像素值后，向格式转换部204输出。同时，音频解码器205利用MPEG(Motion Picture Experts Group)算法或音频编码(AC)-3算法等，将输入的音频位流复原成原来的音频信号，经模拟化后，通过扬声器输出。

格式转换部204抽出包含在电视台传送的数字播放信号里的4种格式信号，即清晰度，帧频，扫描方式，画面比，通过使用它们，将输入显示的影像转换成适合的视频格式(比如说，1920×1080 30i(16:9)，I指的是隔行扫描)。

这样的传统方式支持数字播放信号以外，还有各种模拟视频输入信号(模拟电视信号，PC信号及分量(component)信号等)，支持多种显示装置及画质调整功能，但存在如下的问题。

第一个问题是，在支持数字电视(DTV)信号以外，还支持模拟信号的情况下，需要另外的格式转换器。即，尽管具备了处理数字电视(DTV)信号的格式转换部，但是，并不存在处理诸如模拟信号的其他视频信号的格式转换部。所以，需要如图3一样的另外的格式转换部。图3是格式转换除数字电视(DTV)信号以外的其他视频信号的格式转换装置的一个实施例的组成方框图，其具有如图2所示的，需要追加对模拟电视，PC信号，分量信号等进行格式转换的格式转换部301的缺点。此时，在数字电视(DTV)格式转换部204和追加的格式转换部301里，格式转换的影像信号通过多路转换器302选择输出。

第2个问题是，在支持数字电视(DTV)信号以外，还支持模拟信号的场合，不存在模拟信号格式信息。由于在数字电视(DTV)信号中，格式信息和报头一起传送，可以从报头抽出这些信息，但是，由于模拟视频信号中没有这些信息，所以，需要有能够检测出格式信息的装置。

第3个问题是，在支持数字电视(DTV)数字电视(DTV)信号以外，还支持模拟信号的场合，另外需要色坐标及色差格式转换器。

因此，为了解决上述问题，图3中的格式转换部301由如图4的结构组成：

举例来说，输入NTSC复合影像信号，在NTSC解码器401中进行水平/垂直同期信号分离和亮度(Y)及色信号(C)的分离。然后，如果需要，在色转换部404进行色坐标转换(比如，YIQ→YCbCr)及色差格式转换(比如，4:4:4→4:2:2)，然后向格式转换部406输出。

并且，计算机PC信号VGA□UXGA等通过RGB输入部402，以RGB状态输入，如有必要，在色转换部405进行色坐标转换(比如，RGB→YCbCr)及色差格式转换(比如，4:4:4→4:2:2)，然后向格式转换部406输出。而且，分量信号480i～1080i通过输入部403向格式转换部406输出。

为了处理传统的模拟电视，PC信号及分量信号等的外部视频信号，如图4所示，需要进行色坐标及色差格式转换的装置。

图5是显示多种色坐标间转换的例子的示意图。举例来说，如果输入影像的色坐标为GBR，希望输出影像的色坐标为YIQ，按照下面的数学公式进行转换。

【数学公式1】

$\left(\begin{array}{c}Y\\ I\\ Q\end{array}\right)=\frac{1}{256}\left(\begin{array}{ccc}150& 29& 77\\ -70& -82& 153\\ -134& 80& 54\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}G\\ B\\ R\end{array}\right)$

$Y=\frac{1}{256}(150*G+29*B+77*R)$

$I=\frac{1}{256}(-70*G-82*B+153R)$

$Q=\frac{1}{256}(-134*G+80*B+54*R)$

第4个问题是，当支持多种显示装置时，需要额外的灰度补正及几何学补正装置。这里，所谓的灰度补正指的是显示装置的色彩(color)特性上发生的各种变形。上述灰度补正适用于所有的显示装置中。

还有，所谓几何学补正指的是如图6a到图6d所示，显示特性上发生的各种几何变形(distortion)。尤其在CRT方式，projection方式中，问题更加严重，PDP及LCD等不存在这样的几何学变形问题。

第5个问题是在支持画质(亮度，对比，色，色浓度，色温度等)调整的功能的情况下，如果在模拟领域内调整画质，在模拟显示装置(CRT，PJTV)中没有问题，在诸如PDP/LCD的数字显示装置中，由于需要将影像信号经D/A转换后，调整画质，再次经A/D转换，就出现画质劣化的问题。

如果参照附图加以说明，如下。

图7a显示的是传统的模拟显示装置的画质调整的方框图。

与图7a一样，通过格式转换部701转换的数字信号在D/A转换部702转换成模拟信号，在画质调整部703进行画质调整，防止出现画质劣化的问题。

如图7b，通过格式转换部701转换的数字信号在D/A转换部702里转换成模拟信号后，输出，在画质调整部703调整以后，再次通过A/D转换部704转换成数字信号，输出，防止出现画质劣化的问题。

发明内容

为了解决上面提到的技术问题，本发明将传统的格式转换器的视频格式检测，色坐标转换，色差格式转换，灰度补正，几何学补正及画质调整等功能集成，通过一个芯片实现，能够有效地减少硬件的大小和降低费用，能够支持多种规格的视频信号及显示。

为实现上述目的的本发明视频格式转换装置由以下几部分组成：当传送输入的影像信号格式信息时，能够检测出格式信息，当不传送时，能够利用所输入的影像同期信号或抽出外部格式信息，来检测出所输入影像格式的输入影像格式检测部；根据在上述输入影像格式检测部中检测出的格式信息，将输入的影像信号分辨率，帧频，扫描方式，画面比，色坐标，色差格式转换成所希望的输出格式的格式转换部；对在格式转换部中转换的信号进行灰度补正和几何学补正的显示特性补正部；调整上述补正信号的画质的画质调整部。上述组成要素通过一个芯片完成。

如果所输入的影像信号处于压缩的状态，构造还需包括对其进行解码的视频解码部。

如果希望所输出影像信号为压缩状态，构造中还需包括压缩格式转换的影像信号的视频编码器。

上述输入影像信号包括数字电视(DTV)播放信号，模拟视频信号及数字视频信号。

输入的影像信号至少为一个以上，调整画质后输出的影像信号至少也是一个以上。

上述所有的组成要素都是数字领域的。

以下，将参照附图对本发明实施例的组成及作用加以详细的说明。

图8显示的是本发明视频格式转换装置的示意图。

如图8所示，以多种规格的输入信号为例，对于数字播放信号(ATSC/DVB/ARIB)，模拟播放信号(NTSC/PAL/SECAM)，计算机PC信号(VGA～UXGA)，分量信号(DVD，SET TOP BOX)，DVI，HDMI)等，通过不需要附加电路，只需通过一个芯片的视频信号格式转换装置801转换成所希望格式的输出信号，比如转换成显示驱动信号(CRT/PDP/LCD/PJTV/PJTR)，数字播放信号(ATSC/DVB/ARIB)，模拟电视信号(NTSC/PAL/SECAM)，计算机PC信号(VGA～UXGA)，分量信号(DVD，SET TOPBOX)，DVI，HDMI信号等。

即，在上述视频信号格式转换装置801中，将现有的分辨率，帧频，扫描方式，画面比转换，色坐标补正，色差格式转换，灰度补正，几何学补正及画质调整等功能集成，进行如下的格式转换。

1.分辨率(spatial resolution)：670*480，720*480，1280*720，1920*1080等。

2.帧频(frame rate，单位：Hz)：24，30，59.94，60，80，100等。

3.扫描方式(scan)：隔行扫描(interlaced)/依次扫描(progressive)

4.画面比(aspect ratio)：4:3，14:9，16:9，20:9等。

5.色差格式(chroma format)：4:2:0，4:1:1，4:2:2，4:4:4等

6.色坐标(color space)：RGB，YCbCr，YUV，YIQ等。

7.灰度补正

8.几何学补正

9.画质调整(亮度，对比，色，色浓度，色温度等)

将上述所有功能结合运行，进行数字处理。

图9是本发明格式转换装置的详细的内部结构图。

如图9所示，本发明格式转换装置由以下几部分组成：为了接收输入的视频信号，进行接口连接，如果需要，将输入的信号存储到存储器中，并进行色坐标转换的视频信号输入部及色坐标转换部901；检测出输入的视频信号的各种格式的视频信号格式检测部902；输入的信号如果是数字播放信号，即是压缩的数字位流信号，对其进行解码的视频解码部903；通过控制部801控制输入影像格式和输出影像格式，实行格式转换的格式转换部904；使用者所希望的输出格式如果是数字播放信号，即压缩状态时使用的视频编码部905；与显示特性相对应，进行灰度补正及几何学补正的显示特性补正部906；实现亮度，对比，色，色浓度，色温度等调整的画质调整部907；用于格式转换及补正装置，视频解码以及编码的存储部909；控制全部动作的控制部908。

本发明中的格式转换装置为了进行各种视频规格间的转换，将用于显示器的补正功能及画质调整功能通过一个模块集成，能够达到如下的效果。

第一，由于适用于数字电视(DTV)，可达到支持数字播放信号以外，还支持模拟电视信号，分量信号(480i，480p，720p，1080i等)及DVI，HDMI信号等多种视频信号规格的效果。

第二，通过补正显示装置的特性，达到支持多种显示装置(CRT，ROJECTION，PDP，LCD等)的效果。

第三，达到调整显示装置的画质时，防止出现画面劣化的效果。

第四，通过一个芯片对数字电视(DTV)用视频信号进行处理，达到减少硬件大小和降低费用的效果。

附图说明

图1是现有技术的格式转换装置的示意图。

图2是显示传统技术的数字电视(DTV)组成的概略示意图

图3是根据传统技术，数字电视(DTV)以外的视频信号的格式转换的示意图

图4是显示图3之追加的格式转换部的示意图。

图5是显示一般的色坐标间转换实施例的示意图。

图6a到图6d是显示几何变形实施例的示意图。

图7a到图7b显示了传统技术的画质调整过程的示意图。

图8是显示本发明之格式转换装置的概略示意图。

图9是显示本发明格式转换装置的详细示意图。

图10是格式转换装置的动作流程图。

图11是根据本发明，显示画质调整过程的示意图。

图12是根据本发明，显示数字电视(DTV)结构的示意图

*附图主要部分符号说明*

801：视频格式转换装置

901：视频信号输入部及色坐标转换部

902：视频信号格式检测部      903：视频解码部

904：格式转换部              905：视频编码部

906：显示特性补正部          907：画质调整部

908：控制部                  909：存储部

具体实施方式

下面，将对具有如上结构的视频格式转换装置的作用进行详细的说明。

多种规格的输入视频影像在视频信号输入部及色坐标转换部901中，经过与同期及调节带宽等适当的接口，而输出，如果需要，存储到存储部909中。而且，如果需要色坐标转换，可以实行色坐标转换。在上述输入影像信号中，如果不包括输入影象信号的格式信号，就在视频信号格式检测部902中，检测出输入信号的格式。将检测出的上述输入信号格式输出到控制部908。

如果上述所输入视频信号是经过压缩的数字播放信号，则在视频解码部903中进行解码。在本实施例视频解码部(903)使用MPEG2MP@HL解码器。

上述输入的视频信号按照使用者希望的输出影像格式在格式转换部904中进行格式转换。即，进行分辨率，帧频，扫描方式，画面比及色差格式5种格式转换。

使用者所希望的视频格式如果是数字播放信号状态，即压缩位流时，要在视频编码部905中进行压缩。

上述经过格式转换的视频信号根据显示装置，在显示特性补正部9

06中完成各种补正。即，进行灰度补正和几何学补正。

补正的信号通过控制部908，接受调整参数(parameter)，在画质调整部907中，进行画质调整，将画质调整结束的信号向显示装置输出。

图10是在视频信号格式检测部902和格式转换部904及显示特性补正部906中完成动作的流程图。如果传送所输入的影像信号格式信息，则使用其信息，如果不传送，则利用同期信号或外部格式信息，进行抽出。

如果输入影像信号，要判定所输入的影像信号是数字信号(例如经过压缩的数字位流)还是外部输入(例如计算机影像信号)(S10)。

如果，判定为数字信号，即，如果是数字播放，首先应该检测有无影像信号(S20)，如果检测出没有影像信号(S30)，输出背景色和已经设定的图像；如果检测出有影像信号，从输入的影像信号中抽出影像格式信息(S40)。影像信号的有无及影像格式信息可以从视频解码部903中解码的影像信号中得知。

另一方面，如果判定为外部输入，由于不能够传送格式信息，检测所输入同期信号中有无影像信号(S21)，如果判定为没有影像信号(S31)，要输出背景色和已经设定的图像；如果判定有影像信号，根据输入的同期信号和使用者指定的输入格式，抽出所输入影像的格式信息(S41)。即，如果是外部输入，由于没有格式信息，需要利用同期信号或者按照使用者的指定，抽出所输入影像的格式。

当检测出所输入影像的格式时，在控制部908中，将输出影像的格式信息和上述输入影像的格式信息向格式转换部904和显示特性补正部906输出。

为了使控制部908接收到的输入影像的格式与输出影像的格式相对应，格式转换部904读取在存储部909里存储的影像，转换清晰度，帧频，扫描方式，画面比，色差格式等后，再次存储到上述存储部909中。另一方面，显示特性补正部906读取格式转换后存储在存储部909中的影像，进行色坐标补正，灰度补正及几何学补正等后，向显示装置输出(S50)。此时，由于进行灰度补正使亮度(Y)值改变，灰度补正也可看作是一个格式转换。

图11是说明根据本发明画质调整过程的详细示意图。

图11的格式转换部1010是将图9的格式转换部904与显示特性补正部906合而为一的概念。通过格式转换部1010转换的数字信号通过数字画质调整部1020进行画质调整。将通过上述数字画质调整部1020调整的数字信号在D/A转换部1030中转换，使其与模拟显示装置相对应，输出，如果显示装置是数字，则绕过，从而输出数字信号。

这样的构造能够有效地克服传统的图7结构所带来的画质劣化的问题。

图12显示的是根据本发明，数字电视(DTV)的结构的示意图。

图12中的VSB检波器1110，TS多路信号分离器1120，MPEG2视频解码器1130，音频解码器1140，数字电视(DTV)电视格式转换部1150等部分结构是图2中说明的传统技术的结构。

在本发明中，MPEG2视频解码器1130的作用与视频解码部903相同。而且，数字电视(DTV)电视格式转换部1150的作用扩大成对分辨率，帧频，扫描方式，画面比，色差格式5种格式转换，通过转换的格式，在显示补正部1160中进行灰度补正及几何学补正。显示补正的信号跟前面所说明的一样，通过画质调整部1170进行画质调整，向显示装置(未图示)输出。

通过上述的说明内容，相关专业人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多种变更以及修改。

因此，本项发明的技术性范围并不仅仅局限于实施例中的内容；而要根据专利的权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1、一种视频格式转换装置，包括：

当传送所输入影像信号的格式信息时，则检测出格式信息，如果不传送，则利用所输入影像的同期信号或者外部的格式信息，检测出所输入影像格式的输入影像格式检测部；

根据在上述输入影像格式检测部中检测出的格式信息，将所输入的影像信号的分辨率，帧频，扫描方式，画面比，色坐标，色差格式转换成所需输出格式的格式转换部；

对经上述格式转换部转换后的信号进行灰度补正和几何学补正的显示特性补正部；

调整上述经过补正的信号画质的画质调整部；

上述组成要素通过一个芯片来完成。

2、如权利要求1所述的视频格式转换装置，其特征为，如果所输入的影像信号为压缩状态，还包括对其进行解码以供后面进行格式转换的视频解码部。

3、如权利要求1所述的视频格式转换装置，其特征为，如果所需输出影像信号为压缩状态时，还包括对格式转换的影像信号进行压缩以供后面进行显示特性补正的视频编码部。

4、如权利要求1所述的视频格式转换装置，其特征为，上述输入影像信号包括数字电视(DTV)播放信号，模拟视频信号及数字视频信号。

5、如权利要求1所述的视频格式转换装置，其特征为，上述输入的影像信号至少是一个以上，而经过画质调整后输出的影像信号至少也是一个以上。

6、如权利要求1所述的视频格式转换装置，其特征为，上述所有组成要素都属于数字领域。

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