CN101064784A

CN101064784A - 利用能量分析法进行数字影像稳定化

Info

Publication number: CN101064784A
Application number: CNA2007101030080A
Authority: CN
Inventors: 王智彬; 吕文闵
Original assignee: Etron Technology Inc
Current assignee: Etron Technology Inc
Priority date: 2005-01-04
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: US20060146139A1; CN100531319C; TW200625195A; US7961966B2; CN1710939A; TWI307047B

Abstract

本发明公开了一种锁相环(PLL)的输出影像的稳定方法及设备，可过滤ADCs及PLLs输出影像的数字编码，以消除数字编码中的噪声。噪声来源包括有电线噪声，系统主机板噪声，ADC电源及接地噪声，及开关噪声。ADC及PLL数字输出的连续像素的能量级差异将决定是否需要进行校正。影像噪声过滤方式可兼容于可编程电路。这使得本发明可以调整以求得最佳的影像稳定度。

Description

利用能量分析法进行数字影像稳定化

技术领域

本发明涉及一种利用数字编码能量分析法来过滤数字讯号的噪声，特别是一种利用锁相环的输出影像的稳定方法。

背景技术

已知影像显示通常需要加以稳定及校正。由于摄影主题或摄影机会移动，因此稳定化是必要的要求。若没有进行校正，则不稳定的影像会模糊不清或朦胧不明。今日已有许多校正技术可供利用，包括将影像再细分为巢状像素区块，以便决定整体影像在放大倍率、旋转、及转化方面的改变。这些改变可以用来校正整体影像。另一种校正技术是利用感应器检测显示组件及校正电路的移动量。还有一种技术则是利用位移量估计及回馈回路来进行影像校准。

图1a为已知技术，显示一个影像显示器11，具有样本像素x1，x2，x3，...xn。目前市面上的影像处理器，是采用模拟数字转换器(ADC)及锁相环(PLL)来处理这些个别的像素。但是目前的技术无法由ADC及PLL电路层级来进行影像校正动作。

美国专利US6,560,375A(由Hathaway等人提出)中说明了如何在连续影像(video sequence)中的多视讯影场(multiple video fields)稳定及暂存视讯影像的方法，它可精确地决定影场之间的放大倍率，旋转、及转化，因此，在连续影像的影像变化上便可以准确地校正视讯影场。先在影场中选定一个主要区域，该区域包含连续影像中需要进行稳定化一个影像。该区域再被细分成巢状像素区块，将像素从原来的影场转化至新影场的过程视为由该主要影场到新影场决定影像的放大倍率、旋转、及转化的改变的前身。

美国专利US6,317,114A(由Abali等人提出)中提出附有显示屏幕的显示组件的影像稳定设备及方法；包括一个用来检测显示组件的移动量的感应器，以及一个连接到感应器的移动补偿电路，用以补偿显示组件的移动量以便使得屏幕上的影像会配合观看者保持不动。

美国专利US5,629,988A(由Burt等人提出)中说明了由电子影像组件形成的影像的电子稳定系统及方法。输入讯号可以是一种影像来源所发出的任一次序的影像框信息，例如影像摄影机、IR、或X光成像仪、雷达、或是来自于储存媒介--例如计算机磁盘内存、录像带、或是计算机的图形产生器。当多元影像彼此之间需要稳定化时，此方法亦可适用。此方法利用回馈回路及二次影像扭曲阶段来达成影像的精确校准，作为位移量估计程序的一部分。

发明内容

本发明的目的是提供一种锁相环的输出影像的稳定方法及装置。

本发明的目的是利用能量分析噪声对闭锁回路(PLL)进行校正，以便达到数字影像的稳定化。此方法以下步骤：选择一个包括目标像素的奇数个连续的像素样本n，目标像素左侧有(n-1)/2个连续的像素样本，及目标像素右侧有(n-1)/2个连续的像素样本。接着计算前述n个连续像素样本连续的(n-1)个数字编码差，并将(n-1)个数字编码差加总，得出总能量，然后在前述n个连续像素样本的数字编码之间，为上述4个数字编码差的总合选择一个可程控的临界值。本方法还包含比较上述总能量与临界值，然后决定总能量是否大于临界值，若总能量大于临界值，则变更目标像素的数字编码。

本发明也提供一种利用能量分析噪声校正进行锁相环(PLL)的数字影像稳定的设备，包括一选择装置，用以选择一数量为奇数的n个连续像素样本，其包括：一目标像素；(n-1)/2个连续的像素样本，位于该目标像素的左侧；以及(n-1)/2个连续的像素样本，位于该目标像素的右侧；一计算装置，用以计算该n个连续像素样本间的(n-1)个数字编码差；一加总装置，用以加总该n个连续像素样本间(n-1)个数字编码差，得出一总能量；一选择装置，将该n个连续的像素样本的(n-1)个的数字编码差的总和，选择一个可编程的临界值；一比较装置，用以比较该总能量与该预设临界值；一决定装置，用以决定该总能量是否大于该预设临界值；以及一变更装置，在该总能量大于该预设临界值时，变更该目标像素的数字编码。为使对本发明的目的、构造特征及其功能有进一步的了解，下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1a是已知技术的影像显示器；

图1b是降噪声设备的模拟数字转换器；

图1c是降噪声设备的实施例；

图2a是用以校正ADC输出像素的能量分析法，用以提高数字编码的能量；

图2b是用以校正ADC输出像素的能量分析法，用以降低数字编码的能量；

图2c是ADC输出的能量分析法，因为是单调递增所以无法进行校正；

图2d是ADC输出的能量分析法，因为是单调递减所以无法进行校正；

图3a是具有不一致的数字编码的锁相环的方形波输出；

图3b是具有不一致的数字编码的锁相环正弦波输出；

图4a是PLL输出的能量分析法，用以提高数字编码的能量；

图4b是PLL输出的能量分析法，用以降低数字编码的能量。

附图标记说明：11影像显示器；105模拟讯号；110模拟数字转换器；120数字编码；130降噪声方块；140输出讯号；150输入值；155模拟数字转换器；160噪声；165结点；170理想的无噪声输出；175非理想输出；180噪声过滤器；190干净的输出；210-X1；220-X3；230-X2；240-新的X2；250-X1；260-X3；270-X2；280-新的X2；310-PLL输入模拟波形；315取样讯号；320模拟波形；350方形波；410-X1；411-X1；420-X5；421-X5；430-灰阶X3；431-灰阶X3编码；440-X3；441-X3；450-X2；451-X3；460-X4；461-X4。

具体实施方式

图1b是一个模拟讯号105利用模拟数字转换器(ADC)110转换成数字讯号的方块图。ADC输出讯号由数字编码120构成。此数字编码120含有噪声，必须将之移除。噪声包括有电线噪声、系统主机板噪声、ADC电源及接地噪声，及开关噪声。ADC降噪声方块130为本发明的所在。ADC降噪声方块130的输出讯号140就是最小噪声的“干净输出”。

图1c是模型化方块图，显示一个固定的输入值150。此固定或DC值会进入模拟数字转换器(ADC)155。由于输入为一无噪声的DC值，因此ADC输出为一理想的无噪声输出170。噪声源160会在结点165加入ADC的干净输出，此包含噪声的非理想数字输出标示为175，本发明的ADC噪声过滤器180会除去该加入的噪声160，并产生干净的输出190。

ADC会由左而右，对每个水平显示于屏幕上的像素产生数字编码。

图2a是数字值与屏幕水平位置的平面图。水平位置1的数字编码为X1210。水平位置2的数字编码为X2 230。编码X2 230会出现在图1a的ADC降噪声方块130的输出位置。灰色的X2 240编码是已调整的编码，它是经由图1a中的降噪声组130所形成的结果。此新的X2 240编码是相邻编码X1 210及X3 220的平均值。X1 210，X2 230及X3 220代表3个屏幕上水平连续的像素的3个连续的数字编码。对图2a所示的范例平均的方程式如下所示：

定义 E1＝G(x1)-G(x2)

E2＝G(x3)-G(x2)

若E1＞0，E2＞0，E1＜E临界值，且E2＜E临界值，则

G(x2)＝[G(x1)+G(x3)]/2如图2a所示

如上列方程式，能量值E1及E2是依照水平像素1及水平像素2的数字编码绝对值差，及水平像素3及水平像素2的数字编码绝对值差来定义。上述方程式说明了，若E1及E2为正数，且E1及E2均小于某一临界值，则中间像素X2 230的数字编码会被数字编码X1 210及X3 220的平均值所取代。若E1及E2不小于该临界值，则无校正动作，因为像素X2的数字编码可能是有效的。此外，若E1及E2不大于零，则像素会如图2c或2d一样排列，且无需进行校正。图2a的范例是ADC校正后产生的新的X2 240编码比较“白”，其值大于原始的X2 230编码。

图2b是在屏幕上的数字值对水平位置的平面图。水平位置1的数字编码为X1 250，水平位置2的数字编码为X2 270，编码X2 270会出现在图1a的ADC降噪声方块130的输出位置。灰色的X2 280编码是已调整的编码，它经由图1a所示的降噪声方块130所形成的结果。此新的X2 280编码是相邻编码X1 250及X3 260的平均值。X1 250、X2 270及X3 260代表3个屏幕上水平连续的像素的3个连续数字编码。对图2b所示的范例平均的方程式如下所示：

定义 E1＝G(x1)-G(x2)

E2＝G(x3)-G(x2)

若E1＜0，E2＜0，(绝对值E1)＜E临界值，&(绝对值E2)＜E临界值，

则G(x2)＝[G(x1)+G(x3)]/2如图2b所示

如上列方程式，能量值E1及E2是依照水平像素1及水平像素2的数字编码绝对值差，及水平像素3及水平像素2的数字编码绝对值差来定义。上述方程式说明了，若E1及E2为正数，且E1及E2均小于临界值，则中间像素X2270的数字编码会被数字编码X1 250及X3 260的平均值所取代。若E1及E2不小于临界值，则无校正动作，因为像素X2的数字编码可能是有效的。此外，若E1及E2不大于零，则像素会如图2c或2d一样排列，且无需进行校正。图2b的范例是ADC校正后产生的新的X2 280编码比较“白”，其值大于原始的X2 270编码。

图3a是本发明在锁相环(PLL)的实施例。图3a显示一个理想的PLL输入模拟波形310，此显示为取样讯号315，实际的PLL输入，其显示为模拟波形320。此实际波形有过度(overshoot)，不足(undershoot)及取样抖动(sampling jitter)。这些不规则的情况会使得由数字取样技术发展而得的不一致8位数字编码不一致。

取样的8位数字编码如图3a所示。举例说明，所示的第一个高位准(level)的样本的数字值为”F9”或(1111-1001)。第二个高位准的样本的数字值为”F8”。第三个高位准的样本的数字值为”FC”，这三个高位准的样本产生三种不同的数字编码，这会使得PLL产生不一致的数字表示方式。此外，所示的第一个低位准的样本的数字码为”03”或(0000-0011)、第二个低位准的样本的数字码为”05”、第三个低位准的样本的数字码为”01”，这三个低位准的样本产生三种不同的数字编码。这会使得PLL产生不一致的数字表示方式不一致。

同样地，图3b是正弦波，而非图3a的方形波(350)。在图3b的范例中，取样位置的抖动效应会导致不一致的数字编码。此取样抖动会对相同的波形产生不一致且无法重复的数字编码，如图3b所示。

图4a是能量级(energy level)或灰阶G对屏幕像素由左到右水平位置的平面图。水平位置1的数字编码为X1 410。水平位置2的数字编码为X2450。水平位置3的数字编码为X3 440。水平位置4的数字编码为X4 460。水平位置5的数字编码为X5 420。灰色的X3 430编码是可调整编码，它是经由本发明的装置所形成的结果。新的X3编码是相邻编码X1 410及X5 420的平均值。新的X3编码较白或灰阶值较高，如图4a所示。图4a所示的“白色”范例代表5个水平的连续像素样本。取5个连续像素样本的原因，是要利用偶数的转换次数4，以取得摩尔纹(Moire Pattern)。像素的摩尔纹在屏幕上呈现白点与黑点交错显示。若使用超过5个以上的相邻像素，则需要更多的硬件来完成本发明的装置。因此，5个连续水平像素样本为最佳条件。图4a所示的“白”样本的方程式如下所示：

定义 E1＝[G(x1)-G(x2)]的绝对值

E2＝[G(x2)-G(x3)]的绝对值

E3＝[G(x3)-G(x4)]的绝对值

E4＝[G(x4)-G(x5)]的绝对值

则能量＝E1+E2+E3+E4

若能量＞临界值(可编程的)，则G(X3)将被变更为“白值”(可编程的)，若G(X3)＞128

图4b是能量级或灰阶G对屏幕像素由左到右水平位置的平面图。水平位置1的数字编码为X1 411。水平位置2的数字编码为X2 451。水平位置3的数字编码为X3 441。水平位置4的数字编码为X4 461。水平位置5的数字编码为X5 421。灰色的X3 431编码是可调整编码，它是经由本发明的装置所形成的结果。新的X3编码是相邻编码X1 411及X5 421的平均值。新的X3编码较黑或灰阶值较低，如图4b所示。图4b所示的“黑色”范例代表5个连续水平像素样本。取5个样本的原因，是要利用偶数的转换次数4，以取得摩尔纹。像素的摩尔纹会在屏幕上以白点与黑点交错显示。若使用超过5个以上的连续像素，则需要更多的硬件来完成本发明的装置。因此，5个水平相邻像素样本为最佳条件。图4b所示”黑”样本的方程式如下所示：

定义 E1＝[G(x1)-G(x2)]的绝对值

E2＝[G(x2)-G(x3)]的绝对值

E3＝[G(x3)-G(x4)]的绝对值

E4＝[G(x4)-G(x5)]的绝对值

则能量＝E1+E2+E3+E4

若能量＞临界值(可编程的)，则G(X3)将被变更为”黑值”(可编程的)，若G(X3)＜128

本发明的优势在于其特殊的影像稳定及校正的能量分析法。此技术以模拟数字转换器或锁相环所产生的数字编码绝对值来代表影像像素的能量。由于本发明与数字编码及数字临界值的比较有关，本方法可透过数字电路及处理器以可编程及可修改的方式来实施。

以上说明是本发明的较佳实施例，但本发明不限于上述实施例，因此凡依本发明内容所作的改变，其产生的功效与特征与本发明的实施例类似，并可由本领域熟练技术人员所构想的，均属本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用能量分析噪声校正来进行锁相环(PLL)输出影像的稳定方法，其特征在于，步骤包括：

选择一数量为奇数的连续像素样本n，其包括一目标像素，该目标像素左侧有(n-1)/2个连续的像素样本，及该目标像素右侧有(n-1)/2个连续的像素样本；

接着计算该n个连续像素样本间的(n-1)个的数字编码差；

将该(n-1)个的数字编码差加总，得出一总能量；

然后在该n个连续像素样本的数字编码之间，为该(n-1)个数字编码差的总合，选择一个可程控的临界值；

比较该总能量与该临界值；

决定该总能量是否大于该临界值；以及

若该总能量大于该临界值，则变更该目标像素的数字编码。

2.依据权利要求1所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)输出影像的稳定方法，其特征在于该些样本经选择以提供一偶数次的转换。

3.依据权利要求1所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)输出影像的稳定方法，其特征在于该连续像素样本n选择5个连续的像素样本，用以显示交错的黑影像与白影像时，平衡硬件复杂度、以及有效性。

4.依据权利要求1所述的利用能量分析法进行锁相(PLL)输出影像的稳定方法，其特征在于该n个连续像素样本的数字编码的(n-1)个差，是在X像素的数字编码减去X+1像素的数字编码的情况下计算得出，将第一个像素的数字编码减去第二个像素的数字编码，再将第三个像素的数字编码减去该第二个像素的该数字编码后得出；其中X＝1，2，3，...n。

5.依据权利要求4所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)输出影像的稳定方法，将这些数字编码之中(n-1)个之差予以加总，以得出总能量。

6.依据权利要求1所述的利用能量分析法进行锁相(PLL)输出影像的稳定方法，其特征在于选择可编程的临界值，用来区别如交错式黑影像及白影像的高反差影像与和缓的低反差影像。

7.依据权利要求5所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)输出影像的稳定方法，其特征在于该总能量，用来比对可编程临界值。

8.依据权利要求7所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)输出影像的稳定方法，其特征在于若该总能量大于可编程临界值，则设定“变更像素数字编码标志”。

9.依据权利要求8所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)输出影像的稳定方法，其特征在于该变更像素数字编码标志被设定后，若该目标像素的数字编码大于白色临界值，则该目标像素的数字编码变更为白值。

10.依据权利要求9所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)输出影像的稳定方法，其特征在于该变更像素数字编码标志被设定后，若该目标像素的数字编码小于白色临界值，则该目标像素的数字编码变更为黑值。

11.一种利用能量分析噪声校正进行锁相环(PLL)的数字影像稳定的设备，其特征在于，包括：

一选择装置，用以选择一数量为奇数的n个连续像素样本，其包括：一目标像素；(n-1)/2个连续的像素样本，位于该目标像素的左侧；以及(n-1)/2个连续的像素样本，位于该目标像素的右侧；

一计算装置，用以计算该n个连续像素样本间的(n-1)个数字编码差；

一加总装置，用以加总该n个连续像素样本间(n-1)个数字编码差，得出一总能量；

一选择装置，将该n个连续的像素样本的(n-1)个的数字编码差的总和，选择一个可编程的临界值；

一比较装置，用以比较该总能量与该预设临界值；

一决定装置，用以决定该总能量是否大于该预设临界值；以及

一变更装置，在该总能量大于该预设临界值时，变更该目标像素的数字编码。

12.依据权利要求11所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)的数字影像稳定的设备，其特征在于该些样本提供一偶数次的转换。

13.依据权利要求11所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)的数字影像稳定的设备，其特征在于选择5个连续的该像素样本，在显示交错的黑影像与白影像时用以平衡硬件复杂度及有效性。

14.依据权利要求11所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)的数字影像稳定的设备，其中该(n-1)连续的像素样本与该n连续的像素样本的该数字编码差是在X像素的该数字编码减去X+1像素的该数字编码的情况下计算得出，将第一个像素的数字编码减去第二个像素的数字编码，再将第三个像素的数字编码减去该第二个像素的数字编码后得出；其中，X＝1，2，3，...n。

15.依据权利要求11所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)的数字影像稳定的设备，其中将该数字编码的(n-1)个差加总，得出该总能量。

16.依据权利要求11所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)的数字影像稳定的设备，其特征在于选择该可编程的临界值，将高反差影像与低反差影像区别，即交错的黑影像及白影像。

17.依据权利要求15所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)的数字影像稳定的设备，其特征在于该总能量用来比对该可编程临界值。

18.依据权利要求17所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)的数字影像稳定的设备，其特征在于若该总能量大于该可编程临界值，则设定变更像素数字编码标志。

19.依据权利要求18所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)的数字影像稳定的设备，其特征在于该变更像素数字编码标志被设定后，若该目标像素的数字编码大于一白色临界值，则该目标像素的数字编码变更为白值。

20.依据权利要求19所述的利用能量分析法进行锁相环(PLL)的数字影像稳定的设备，其特征在于该变更像素数字编码标志被设定后，若该目标像素的数字编码小于该白色临界值，则该目标像素的数字编码变更为黑值。