CN100542257C - 用于为视频压缩编码器产生3:2下拉关闭信号的装置 - Google Patents
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Abstract
用于产生下拉关闭信号的装置。本发明涉及一种用于为视频压缩编码器产生下拉关闭信号的装置(1)，该信号是由该装置(1)根据一个变换后的信号来确定的，该变换后的信号是通过逆3∶2下拉变换从NTSC信号产生的；其中该电路装置包括平均绝对失真(MAD)检测器(2)和用于确定哈达马系数的电路(3)；其中该MAD检测器(2)产生MAD信号，该信号对于预定义尺寸的每一个块表示两个连续帧的画面内容之间的差别；其中用于确定哈达马系数的电路(3)对于每一帧按块提供两个系数，在所述系数中，第一系数表示相邻扫描线i和i+1的各像素的差的和，而第二系数表示扫描线i和i+2的各像素的差的和；并且其中该下拉关闭信号是根据对于一帧中的所有块求和的MAD信号的值、以及根据对于一帧中的所有块求和的所述两个哈达马系数而产生的。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于产生下拉关闭信号的装置，该信号是为例如可以是MPEG2编码器的视频压缩编码器确定的。接着该装置根据一个变换后的信号而产生这个下拉关闭信号，该变换后的信号是通过一个逆3∶2下拉变换而从一个NTSC信号产生的。
背景技术
对这种NTSC信号应用一个被称之为3∶2下拉变换的处理，所述NTSC信号是通过以每秒24帧对电影进行扫描而形戍的。然后，该扫描信号被变换为每秒60场的NTSC视频信号。如果每一个扫描的帧接着要被用于产生两个场，则每秒钟将只有48场。因此，各帧被交替扫描三次，以产生3个相同的场。这样的结果就意味着电影中的各帧是按照3∶2∶3∶2的循环的形式被扫描的，这样每秒24帧就变成了每秒60场的视频信号。
例如对于DVD记录器而言，以及同样对于将这种视频信号记录在硬盘上或者对所述视频信号进行数字传输而言，希望对从3∶2下拉变换得到的NTSC视频信号进行例如MPEG2压缩的视频压缩。因为数据速率对于这样的视频压缩来说总是非常重要的，因此希望能够尽可能地避免对同一场扫描两次。对于经过3∶2下拉变换的NTSC信号而言，这在原理上是可能的，因为那些仅需要被扫描及压缩一次的场在这里可以获得两次。对于视频压缩而言，这可以导致减少大约20％的视频数据，因此比特率可以相应地增加。
根据现有技术水平可以知道这样的解决方案，即对所述NTSC信号进行被称之为逆3∶2下拉变换的处理，所述NTSC信号是通过对电影扫描进行3∶2下拉变换得到的。接着，通过对同一帧进行两次扫描而产生的具有相同内容的场被再次丢弃。出现了这样的视频流，该流所包含的帧的场全部都是通过对电影的不同画面进行扫描而得到的，其中所述NTSC信号是从所述电影得到的。
这样的已知装置的问题包括如下事实：对NTSC信号应用逆3∶2下拉变换将导致在表示时的大量错误，特别是在经过逆3∶2变换的NTSC信号不是或不再是通过每秒24帧的电影扫描得到的情况下显示运动时尤为如此，但是，当该信号是包含60个不同场的普通视频信号时，每一秒包含不同的运动阶段。如果所述逆3∶2下拉变换进一步被应用于这样一个信号，实际上包含新的画面内容以及与其他场不同的内容的场被丢弃。特别是在具有运动的情况下，所述信号中存在着明显的错误。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种用于产生下拉关闭信号的装置，该装置以尽可能可靠且快速的方式检测被施加到该装置的所述NTSC信号(该NTSC信号经过逆3∶2下拉变换)何时不是或不再是通过以每秒24帧对电影进行扫描以及通过应用3∶2下拉技术而产生的。
通过如下方案来实现依照本发明的这一目的：
一种用于为视频压缩编码器产生下拉关闭信号的装置，该信号是由该装置根据一个变换后的信号来确定的，该变换后的信号是通过逆3∶2下拉变换从NTSC信号产生的，其中，该电路装置包括平均绝对失真(MAD)检测器和用于确定哈达马(Hadamard)系数的电路，
其中该MAD检测器产生MAD信号，该信号对于预定义尺寸的每一个决表示两个连续帧的画面内容之间的差别，
其中用于确定哈达马系数的电路对于每一个帧按块提供两个系数，其中第一系数表示相邻扫描线i和i+1的各像素之间的差的和，而第二系数表示扫描线i和i+2的各像素之间的差的和，
并且其中该下拉关闭信号是根据对于一帧中的所有块求和的MAD信号的值、以及根据对于一帧中的所有块求和的所述两个哈达马系数而产生的。
依照本发明的装置被配置成：该装置所处的位置使其非常迅速和可靠地根据通过逆3∶2下拉变换从NTSC信号所得到的信号来检测该NTSC信号何时实际上是通过每秒60场的扫描而得到的，而不再是通过对电影进行每秒24帧的扫描并且接着应用3∶2下拉变换而得到的。
出于上文所述的原因，希望该装置以非常快速和可靠的方式检测这一过渡。为此，一方面在该电路装置中提供了一种通常存在于MPEG编码器中的所谓MAD检测器。这样的MAD检测器通常用于估计运动，其中MAD表示平均绝对失真。然后，将连续帧按块进行比较，并且接着确定每块的画面内容从一帧到下一帧发生了多少变化。
依照本发明的装置还包括用于确定哈达马系数的电路。接着，对于每一帧产生每块两个系数。第一哈达马系数按块对所述块中的相邻扫描线i和i+1的各像素之间的差求和。为了产生第二哈达马系数，同样确定块中的各像素之间的差的和，但是是对扫描线i和i+2的各像素(从而是每隔一条扫描线)求和。这样，各哈达马系数彼此成比例地表示一个度量，其表示相邻扫描线的画面内容或者间隔一条扫描线相邻(adjacent-but-one)的扫描线的画面内容是否彼此不同。这可以看作是这样一种度量，其表示该帧是否是通过对单独的不同场进行扫描而得到的，或者该帧是否是通过对具有运动阶段的帧进行扫描(例如对于电影扫描而言就是这种情况)而得到的。对哈达马系数的计算可以从Mitchell、Pennebaker、Fogg和LeGall所著的于1996年由Chapman and Hall出版的“MPEG Video Compression Standard(MPEG视频压缩标准)”中了解到。
按块产生的MAD信号的值以及按块产生的第一和第二哈达马系数都对于1帧被求和。
在上文的讨论中，该装置能够直接从这些和推导出经过逆3∶2下拉变换的信号是否是通过24帧的电影扫描以及后续的3∶2变换而得到的。该标准特别可以在哈达马系数的基础上产生。MAD信号还提供某种场景检测，因为MAD值随场景变化而显著增加。当在产生NTSC信号的过程中所述下拉循环出现失真时、或者当该信号后来被剪切时，上述内容同样成立，因此NTSC信号中的3∶2下拉循环不再能够无失真地获得。在所有这些情况中，依照本发明的装置产生一个关闭信号，该信号例如可以被应用在外部提供的视频压缩编码器中，以用于关闭逆3∶2下拉变换。这样，依照本发明的装置不仅适用于识别从通过电影扫描得到的NTSC信号到通过每秒60场的视频扫描得到的“普通”NTSC信号的过渡，并且该装置还适用于识别对错误的3∶2下拉循环的检测。此外，从一帧到下一帧的画面内容的剧烈变化也可以用来产生所述的下拉关闭信号。总是保证每次出现失真或画面内容的剧烈变化时，逆3∶2下拉变换被关闭。这样做是有利的，因为如果逆3∶2下拉变换被错误地应用，那么将在视频信号中产生大的明显失真。因此，在不确定的情况下关闭3∶2下拉变换是适当的。
依照本发明的一个实施例，在变换后的信号的可预定义数量的下拉4循环内，如果对于每一帧求和的各单独块的MAD值超过一个预定义阈值，或者如果对于每一帧产生的哈达马系数的商也超过一个预定义阈值，则产生所述下拉关闭信号。为此，按块产生的第一和第二哈达马系数确实是对于相应的帧求和的。随后，根据一帧的第一哈达马系数的和以及一帧的第二哈达马系数的和形成所述商，也就是用第一哈达马系数的和除以第二哈达马系数的和。在变换后的信号的可预定义数量的下拉4循环内，如果这个商超过了一个预定义阈值，就表明每一帧的各场表示不同的运动阶段。这又表明经过逆3∶2下拉变换的该NTSC信号不是通过电影扫描得到的，而是从具有每秒60场的视频信号得到的(所述各场表示不同的运动阶段)，或者表明所述3∶2下拉循环由于编辑而失真了。
本发明的其它实施例涉及对哈达马系数的商的进一步细化的评估。可以特别地考虑下拉4循环，并且对所述哈达马系数的商的重新评估可以优选地集中在这样一个下拉4循环中的某些可预定义的位置处。尤其是在这样一个下拉4循环中的位置1、2或3特别适合于识别NTSC信号的类型或者产生该信号的扫描类型。这是因为当3∶2下拉循环由于编辑而失真时、或者当经过逆3∶2下拉技术的视频信号不再是通过每秒24帧的扫描而是通过每秒60场的扫描而得到时，这些帧的哈达马系数的变化很大，其中所述各场表示不同的运动阶段。
依照本发明的另一个实施例，对于MPEG编码器和依照本发明的装置可以共同提供用于确定MAD值的电路以及用于确定哈达马系数的电路。这是可能的，因为这样的电路元件也存在于MPEG编码器中。这些电路元件可以用于依照本发明的装置，以使得对应于依照本发明的装置的用于产生下拉关闭信号的附加支出可以被保持得很低。
附图说明
通过下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得明显，并将在下文中结合各实施例对本发明的这些和其他方面进行说明。
在附图中：
图1给出了逆3∶2下拉变换的示意图；
图2给出了依照本发明的装置的框图；
图3给出的一帧的示意图，该帧的两个场表示相同的运动阶段；以及
图4给出了一帧的示意图，该帧包括两个表示不同运动阶段的场。
具体实施方式
如上面所解释的那样，可以以每秒60场的频率获得的NTSC视频信号可以通过每秒60场的扫描而被恢复成“普通”的视频信号。这种信号例如是通过电子摄影机产生的。然而该NTSC信号也可以通过对可以以每秒24帧获得的电影进行扫描来恢复。为了从每秒24帧产生60场而不仅仅是48场的NTSC信号(该场数是NTSC信号每秒将具有的场数)，可以对该信号应用所谓的3∶2下拉技术，其中各单独场出现了几次。
对于视频压缩而言，对于相同场压缩几次是没有用的。因此，识别出哪些场被产生数次并且排除这些场是合适的。为此，所谓的逆3∶2下拉变换是已知的，这个变换正是执行上述操作并且出于视频压缩的目的又依照所扫描的电影再次产生24帧。
然而，如果视频压缩编码器恰好处于这种模式，那么就存在一个问题，即视频信号可能包括例如由剪切或其他效果而产生的失真，或者NTSC信号被改变成由具有不同运动阶段的60场形成的信号。在这两种情况下，逆3∶2下拉变换导致在编码后的画面中出现显著失真的运动，所以应避免这样的情况。
为了消除这个问题，本发明提供了一种装置，如果在NTSC信号(该NTSC信号是通过对电影进行24帧扫描并且接着实施已知的3∶2下拉技术而得到的)中存在失真(因此该3∶2下拉变换的所述循环失真)或者该信号被改变成具有不同运动阶段的60场的视频信号，该装置就产生一个关闭信号。
为了达到这个目的，依照本发明的装置包括所谓的平均绝对失真检测器，其通常被称为MAD检测器，并且例如被用于运动检测。在依照本发明的装置中，该检测器被用于产生硬剪切(也就是检测画面内容的剧烈变化)以及产生下拉关闭信号。该MAD检测器产生MAD信号，该信号在一帧的特定尺寸的各块之前指示两个连续帧的画面内容的差别。每次对于一帧对这些逐块产生的MAD值进行求和，并且将连续帧的求和后的值互相比较。如果所述差别超过了一个阈值，那么它表示场景变化或者硬剪切，其中，该阈值例如可以表示可预定义数量的先前帧的MAD值的平均值的三倍。在这种情况下，依照本发明的装置产生所述下拉关闭信号，因为该下拉关闭信号总是适用于这样的硬剪切以检查所述3∶2下拉循环，以便避免由于对输入信号进行逆3∶2下拉变换而造成的任何画面失真，其中所述输入信号的3∶2下拉循环由于编辑而造成失真，或者发生了从电影扫描信号到具有每秒60场的普通视频信号的变换。
依照本发明的装置还包括用于确定哈达马系数的电路。哈达马系数是逐块地从各帧产生的系数。第一哈达马系数考虑一帧中的相邻扫描线的各像素的差，而第二哈达马系数对扫描线i和i+2(也就是间隔一条扫描线相邻的扫描线)的各像素的差求和。随后按块产生这些哈达马系数，并接着对于一帧求和这些系数。根据由第一哈达马系数除以第二哈达马系数而产生的商(将在下文中进一步解释)，可以进一步断定经过如前所述的逆3∶2下拉变换并且未由于3∶2下拉变换而导致失真的信号是否是通过对电影进行每秒24帧的扫描而得到的。图1给出了依照本发明的装置1的示意图，其具有平均绝对失真检测器2和用于确定哈达马系数的电路3。
图1示出了依照本发明的装置1，在其输入端处提供了NTSC信号，该信号经过了逆3∶2下拉变换。这样做的原因是，当在不属于根据本发明的装置的视频压缩编码器中对NTSC信号执行逆3∶2下拉变换并且实际上不再满足这个变换的标准时，根据本发明的装置将提供一个关闭信号。因此，作为初始状态，始终假设该NTSC信号经过了逆3∶2下拉变换，并且假设针对该变换搜索指出该变换将被关闭的标准。就在此时，依照本发明的装置1产生在图1中被表示为P的下拉关闭信号。
图2在其第一列示出NTSC信号的各帧的示意图，该NTSC信号是通过对具有每秒24个画面的电影进行帧扫描而得到的。这样的NTSC信号起初将是不符合标准的，因为它具有每秒48场并且具有每秒24帧。因此，对每秒的24帧应用所谓的3∶2下拉变换，该下拉变换从该信号产生标准化的60Hz NTSC信号。这个60Hz NTSC信号在图2的第二列中示出。
基本上，这个3∶2下拉NTSC信号能够被用于视频压缩。然而，图2中显示的内容表明，第一列的各帧的各单独场在第二列的各帧中出现了多次。例如，列1的第一帧的第一场已经被用于列2的帧A的一个场和列2的帧B的一个场。对于视频压缩而言，这仅仅意味着相同场被(同样地)压缩两次。这是不合适的，因为视频压缩总是致力于获得尽可能小的数据速率。因此，应避免对相同场的压缩。
因此，根据现有技术的所谓的逆3∶2下拉变换是已知的，该变换从如图2的第二列中所示的60Hz NTSC信号再次获得48Hz帧信号，在该48Hz帧信号中没有出现两次的场。此外，应当注意到由于该逆下拉变换，在图2中示出的第一列的各原始帧的各场被再次正确地组合，就像从所述电影扫描所得到的那样。图2中示出的第三列示出了从该逆3∶2下拉变换得到的各帧。这又是一个4循环。
图2还示出某些场被丢弃了，因为它们恰好是通过对电影扫描的各帧进行二次评估而得到的，其中被丢弃的这些场是第二列的帧B的第一场和第二列的帧C的第二场。图2整体说明了使用3∶2下拉变换并接着使用逆3∶2下拉变换的结果，正确的各帧(就如同它们原来是通过电影扫描而得到的那样)再次被组合，并且图中还说明再次出现了4循环。在这种情况下能够进行视频压缩，该视频压缩能够以最佳的低数据速率来进行，因为具有相同内容的各场不需要被压缩两次。
然而，如果图2表示的第二列的以60Hz的场频率存在的画面不再是通过对可以以每秒24帧获得的电影进行帧扫描而得到的，或者在该扫描中存在例如由剪切造成的失真时，就会出现问题。例如，如果不再保证正确的4循环处理，或者如果发生从电影扫描信号到具有每秒60场的普通视频信号的变换，那么所述逆3∶2下拉变换将导致场被错误地丢弃或者整个运动阶段被丢弃。在这些情况下，视频压缩完全可以被再次变换为对依照图2示出的第二列的60Hz信号的所有场的完整压缩。而这恰恰是依照本发明的装置的目的。
通过确定所述MAD值并比较两个帧的画面内容，当画面内容发生强烈变化(指的是画面中的剪切或失真)时，依照本发明的装置仍然继续下一步并且总是产生一个关闭信号。一旦产生该关闭信号，该逆3∶2下拉变换就将被关闭。
此外，依照以下公式：
产生图1所示的装置3中的两个哈达马系数。如这两个等式所示出的那样，对于13条扫描线I和15个像素j，逐块地形成各像素值的差。第一个公式示出了第一哈达马系数的产生，其对于扫描线i和i+1的各像素值之间的差求和，第二个公式示出了第二哈达马系数的产生，其对于扫描线i和i+2的各像素值产生这些差。首先对于每一帧逐块地产生这些哈达马系数。接着，对于每一帧对这些系数单独地求和，也就是产生一帧的第一哈达马系数的以及同一帧的第二哈达马系数的和。通过这些和确定由第一哈达马系数的和除以第二哈达马系数的和所得到的商。这个商随后被用来产生所述关闭信号。
这基本上是可行的，因为在原理上所述两个哈达马系数表示相邻扫描线或者间隔一条扫描线相邻的扫描线的画面差别是否更大。可以通过参考图3和图4对此作进一步的解释。在图3中示出了帧的图解形式，该帧包含两个场，这两个场是对同一画面(例如一个电影画面)进行扫描而得到的。在这种情况下，第一哈达马系数将比第二哈达马系数小，因为在这里扫描线离得越远，画面值的差就会增加。图4示出了一帧的图解表示，该帧包含的两个场表示不同的运动阶段。在这种情况下，第一哈达马系数将比第二哈达马系数大，因为该帧的相邻扫描线是从不同运动阶段的不同场得到的。在另一方面，该帧的各个间隔一条扫描线相邻的扫描线是从某一画面阶段的一个场得到的，因此可能具有微小的图像值的差。
在依照本发明的装置中就这些关系进行了评估，其中从经过求和的第一和第二哈达马系数得到的商恰好利用了结合图3和图4讨论的相干性。因此，可以有利地使用这个商来检测通过电影扫描得到并且经过3∶2下拉变换的未失真的NTSC信号。以一种有利的方式，可以使用这样一个信号的某些位置，该信号经过了依照图2的列3的逆3∶2下拉变换的4循环。例如，如果不涉及或者不再涉及从电影的24个画面得到的NTSC信号而是涉及具有不同运动阶段的60个场的普通视频信号，那么所述4循环的帧2中的第一哈达马系数将升高或降低。在另一方面，该循环的帧1和帧3中的哈达马系数的商的一个极值指出通过对电影进行扫描而得到的信号被错误地处理。因此，这可能是该3∶2下拉变换的失真或者是被添加到被扫描的信号的硬剪切。
因此，在所述下拉4循环中的预定义位置上对哈达马系数的特殊评估还可以被用于改进检测，并且使得有可能以最佳的可靠方式产生所述下拉关闭信号。
Claims (7)
1、一种用于为视频压缩编码器产生下拉关闭信号的装置(1)，该信号是由该装置(1)根据一个变换后的信号来确定的，该变换后的信号是通过逆3:2下拉变换从NTSC信号产生的，
其中该装置包括平均绝对失真MAD检测器(2)和用于确定哈达马系数的电路(3)，
其中该MAD检测器(2)产生MAD信号，该信号对于预定义尺寸的每一个块表示两个连续帧的画面内容之间的差别，
其中用于确定哈达马系数的电路(3)对于每一帧按块提供两个系数，在所述系数中，第一系数表示相邻扫描线i和i+1的各像素的差的和，而第二系数表示扫描线i和i+2的各像素的差的和，
并且其中该下拉关闭信号是根据对于一帧中所有块的MAD信号的值进行求和得到的结果、以及根据对于一帧中所有块的所述两个哈达马系数进行求和得到的结果而产生的。
2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下拉关闭信号
在对于每一帧的所述MAD信号的值进行求和得到的结果超过预定义阈值时用信号通知关闭；以及/或者
在这样一个商超过可预定义的阈值时用信号通知关闭，其中该商是从在所述变换后的信号的可预定义数量的下拉4循环内的一个或多个可预定义位置处对第一哈达马系数逐帧求和得到的值以及对第二哈达马系数逐帧求和得到的值而得到的。
3、如权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述变换后的信号的可预定义数量的下拉4循环内的至少一个可预定义位置处、当所指定的哈达马系数的商比一个平均值高或者低一个可预定义的值时，所述下拉关闭信号用信号通知关闭所述逆3:2下拉变换，所述平均值是该下拉4循环的所有位置的哈达马系数的经求和的商的平均值。
4、如权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述变换后的信号的三个连续循环内的位置一、二或三的其中之一处、当所指定的哈达马系数的经求和的商的值比一个平均值高或者低10％左右时，所述下拉关闭信号用信号通知关闭所述逆3:2下拉变换，所述平均值是该下拉4循环的所有位置的哈达马系数的商的平均值，其中所述变换后的信号的一个循环内的位置二表示这样一个位置，该位置处的变换后的帧是从未变换的信号的两个不同帧恢复的。
5、如权利要求1所述的装置，其特征在于，如果逐帧对所述MAD信号进行求和得到的结果超过从可预定义数量的先前帧的MAD值得到的平均值的三倍，那么所述下拉关闭信号用信号通知关闭所述逆3:2下拉变换。
6、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述MAD检测器(2)和用于确定哈达马系数的电路(3)被共同提供给所述装置和MPEG编码器，并且向该MPEG编码器提供所述下拉关闭信号。
7、如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下拉关闭信号被提供给MPEG2或MPEG4编码器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NXP CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: KONINKLIJKE PHILIPS ELECTRONICS N.V. Effective date: 20070817 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20070817 Address after: Holland Ian Deho Finn Applicant after: Koninkl Philips Electronics NV Address before: Holland Ian Deho Finn Applicant before: Koninklijke Philips Electronics N.V. |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: TRIDENT MICROSYSTEMS (FAR EAST) LTD. Free format text: FORMER OWNER: KONINKL PHILIPS ELECTRONICS NV Effective date: 20100825 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: EINDHOVEN ETHERLANDS TO: GRAND CAYMAN ISLAND, CAYMAN ISLANDS |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20100825 Address after: Grand Cayman, Cayman Islands Patentee after: Trident Microsystems (Far East) Ltd. Address before: Holland Ian Deho Finn Patentee before: Koninkl Philips Electronics NV |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: ENTROPY COMMUNICATION CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: TRIDENT MICROSYSTEMS (FAR EAST) LTD. Effective date: 20130218 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130218 Address after: American California Patentee after: Entropic Communications, Inc. Address before: Grand Cayman, Cayman Islands Patentee before: Trident Microsystems (Far East) Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090916 Termination date: 20181220 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |