CN101316348B - 一种影像格式转换系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种影像格式转换系统。包括：一水平滤波器，用以接收一具有一第一时钟信号的频率的影像输入信号并进行滤波，以产生一水平滤波影像信号；一第一先进先出缓冲器，用以暂存该水平滤波影像信号；一二维影像插补装置，用以对该水平滤波影像信号进行解交错运算、垂直补点运算、及水平补点运算，进而产生一缩放渐进影像信号；一第二先进先出缓冲器，连接至该二维影像插补装置，以暂存该渐进影像信号；一插补时钟控制装置，用以接收一第二时钟信号并产生多个使能信号，以使能该水平滤波器及该二维影像插补装置，其中，该第二时钟信号的频率与该第一时钟信号的频率不相关。

Description

一种影像格式转换系统及方法

技术领域

本发明涉及影像处理的技术领域，尤指一种影像格式转换系统及方法。

背景技术

在液晶电视中，视频源的解析度往往为一固定值，欲在具有不同解析度的不同屏幕上显示时，需将视频源的影像予以缩放，以适合在不同解析度的屏幕上播放。公告日为1998年4月14日，发明名称为“Method and apparatusfor upscaling an image in both horizontal and vertical directions(增大影像在水平和垂直方向尺寸的方法和装置)”的美国专利第5,739,867号公告则公开了一可将影像缩放的技术以使用于具有液晶屏幕的显示器上。

图1是一已知缩放装置100的方框图，其主要是使用线缓冲装置110，120，130取代帧缓存器(Frame Buffer)。同时，解交错装置140、先进先出缓冲器150、垂直插补装置160及水平插补装置170的工作时钟则由一影像输入信号180的频率通过一倍频电路(图未示)所产生。

由于使用线缓冲装置110，120，130取代帧缓存器，故集成电路的晶片面积(Die Size)会较小。同时由于工作时钟由影像输入信号180的频率所产生，故解交错装置140、垂直插补装置160及水平插补装置170的工作时钟的相位与影像输入信号180的相位间的同步性较佳。

由于已知缩放装置使用线缓冲装置110，120，130，其会限制影像输入信号180的解析度。亦即影像输入信号180的水平解析度必须小于线缓冲装置110，120，130所能接受宽度。然而，影像格式经常随时变化，影像输入信号180的水平解析度也逐渐提高，故此种架构的缩放装置往往无法对新的影像格式输入信号进行缩放运算。

已知技术为了降低电磁干扰(EMI)，常会对时钟信号展频。图2是一已知时钟信号展频的示意图，如图2的(A)所示，一未展频的时钟信号其在工作频率处呈现单一频率的信号，而如图2的(B)所示，经过展频后的时钟信号其在工作频率处呈现复数个频率的信号，其通过展频技术而降低时钟信号的振幅，以降低电磁干扰(EMI)。然而由于解交错装置140、垂直插补装置160及水平插补装置170的工作时钟是由该影像输入信号180的频率通过一倍频电路(图未示)所产生，常需使用锁相回路(Phase-locked loop，PLL)电路以产生该工作时钟。然而，因展频后时钟信号的频率范围大而使锁相回路(PLL)电路需花费更久时间才能锁定输入信号的频率，甚至无法锁定输入信号的频率，如此将会增加锁相回路(PLL)电路设计困难，且当输入信号不稳定或展频后时钟信号的频率范围过大时容易产生画面异常的现象。由此可知，已知影像格式转换系统仍有诸多缺陷而有予以改善的必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种影像格式转换系统及方法，以能对不同格式的影像格式输入信号进行缩放运算，而增加系统的附加价值。

本发明的另一目的是提供一种影像格式转换系统及方法，以能解决已知技术因时钟信号展频而引起的画面异常的现象。

依据本发明的一目的，本发明提出一种影像格式转换系统，包含一水平滤波器、一第一先进先出缓冲器、一二维影像插补(interpolation)装置、一第二先进先出缓冲器、及一插补时钟控制装置。该水平滤波器用以接收一具有一第一时钟信号的频率的影像输入信号，并对该影像输入信号进行滤波，进而产生一水平滤波影像信号。该第一先进先出缓冲器连接至该水平滤波器，用以暂存该水平滤波影像信号。该二维影像插补装置连接至该第一先进先出缓冲器，用以对该水平滤波影像信号进行解交错运算、垂直补点运算、及水平补点运算，进而产生一缩放渐进影像信号(scaled progressive image signal)。该第二先进先出缓冲器连接至该二维影像插补装置，用以暂存该渐进影像信号。该插补时钟控制装置连接至该水平滤波器及该二维影像插补装置，用以接收一第二时钟信号并产生多个使能信号，以使能该水平滤波器及该二维影像插补装置。其中，该第二时钟信号的频率是与该第一时钟信号的频率不相关。该二维影像插补装置工作于该第二时钟信号的频率下。

依据本发明的目的，本发明提出一种影像格式转换方法，包括以下步骤：1)接收一具有一第一时钟信号的频率的影像输入信号，并对该影像输入信号进行滤波，产生一水平滤波影像信号；2)对该水平滤波影像信号进行解交错运算、垂直补点运算、及水平补点运算，进而产生一缩放渐进影像信号。其中，所述步骤1)及步骤2)分别根据一第二时钟信号产生的多个使能信号触发，该第二时钟信号的频率与该第一时钟信号的频率不相关。该二维影像插补装置工作于该第二时钟信号的频率下。

附图说明

图1是一已知缩放装置的方框图。

图2是一已知时钟信号展频的示意图。

图3是本发明影像格式转换系统的方框图。

图4是本发明的水平滤波器的方框图。

图5是本发明的二维影像插补装置的方框图。

图6是本发明的插补时钟控制装置的方框图。

图7是本发明的控制数据的示意图。

具体实施方式

请参见图3，其是本发明影像格式转换系统300的方框图。该影像格式转换系统300包含一水平滤波器310、一第一先进先出缓冲器(FIFO)320、一二维影像插补(interpolation)装置330、一第二先进先出缓冲器(FIFO)340、一插补时钟控制装置350、一影像缓冲装置360、及一时钟合成器370。

该水平滤波器310用以接收一具有一第一时钟信号的频率的影像输入信号，并对该影像输入信号进行滤波，以产生一水平滤波影像信号。该第一先进先出缓冲器320连接至该水平滤波器310，以暂存该水平滤波影像信号。

该水平滤波器310所接的影像输入信号可由一影像数据提供装置390所提供。该影像数据提供装置390可为一网络装置、或一存储装置等。影像数据提供装置390并提供该第一时钟信号clk1作为该水平滤波器310及该第一先进先出缓冲器320的工作时钟信号。

该二维影像插补装置330是连接至该第一先进先出缓冲器320，以对该水平滤波影像信号进行解交错运算、垂直补点运算、及水平补点运算，以产生一缩放渐进影像信号(scaled progressive image signal)。

该第二先进先出缓冲器340连接至该二维影像插补装置330，以暂存该渐进影像信号。

该插补时钟控制装置350连接至该水平滤波器310及该二维影像插补装置330，该插补时钟控制装置350接收一第二时钟信号clk2并产生多个使能信号，以使能该水平滤波器310及该二维影像插补装置330。其中，该第二时钟信号clk2的频率是与该第一时钟信号clk1的频率不相关。

该影像缓冲装置360连接至该二维影像插补装置330，以供该二维影像插补装置330暂存数据。

该时钟合成器370连接至该第一先进先出缓冲器320、该二维影像插补装置330、该第二先进先出缓冲器340、及插补时钟控制装置350，该时钟合成器370依据一第三时钟信号，以合成产生该第二时钟信号clk2。该第三时钟信号为一系统时钟信号或是一振荡器380所产生的时钟信号。

该第一先进先出缓冲器320分别接收该第一时钟信号clk1及该第二时钟信号clk2，以作为不同(时域)(clock domain)的桥梁。由此，该二维影像插补装置330、该第二先进先出缓冲器340及插补时钟控制装置350可工作于该第二时钟信号clk2的频率下，而不会如已知技术般因时钟信号展频而引起的画面异常的现象。

图4是本发明的水平滤波器310的方框图，该水平滤波器310包含一前置滤波器311、一向下取样装置313、一第一多路复用装置315及一后置滤波器317。

该前置滤波器311用以对该影像输入信号执行前置滤波运算，以产生一前置滤波影像输入信号。该前置滤波运算可为对该影像输入信号的一条线的5个像素求取平均值，而产生该前置滤波影像输入信号。

该向下取样装置313连接至该前置滤波器311，以对该前置滤波影像输入信号执行向下取样运算，以产生一向下取样影像输入信号。该向下取样运算可为对该前置滤波影像输入信号的一条线的2个像素合并(merge)，而产生该向下取样影像输入信号。

该第一多路复用装置315连接至该向下取样装置313及该前置滤波器311，以依据一第一控制信号，选择该前置滤波影像输入信号或该向下取样影像输入信号为该第一多路复用装置315的输出。当无需向下取样时，该第一控制信号选择该前置滤波影像输入信号为该第一多路复用装置315的输出，当需向下取样时，该第一控制信号选择该向下取样影像输入信号为该第一多路复用装置315的输出。

该后置滤波器317，连接至该第一多路复用装置315，以对该第一多路复用装置的输出信号执行后置滤波运算，以产生该水平滤波影像信号。

图5是本发明的二维影像插补装置330的方框图。该二维影像插补装置包含一解交错装置331、一垂直插补装置333、及一水平插补装置335。

该解交错装置331连接至该第一先进先出缓冲器320及该影像缓冲装置360，以对该水平滤波影像信号执行解交错运算，并产生一渐进影像信号。该解交错运算可为对该水平滤波影像信号的二条线3311，3313执行插补(interpolation)而产生线3315，由此产生该渐进影像信号。

该垂直插补装置333连接至该解交错装置331，以对该渐进影像信号进行垂直方向插补运算，以产生一垂直缩放影像信号。该垂直方向插补运算可为对该渐进影像信号的二条线或多条线执行插补而产生该垂直缩放影像信号。该垂直插补装置333接收该解交错装置331的三条线3311，3313，3315，并插补产生线3317，3319，由此产生该垂直缩放影像信号。该垂直插补装置333亦可执行垂直方向的缩小运算，其是对线3311，3313的像素2两点取一点或将线3311，3313的像素平均再除以2后输出，而产生该垂直缩放影像信号。

该水平插补装置335耦合至该垂直插补装置333，以对该垂直缩放影像信号进行水平方向插补运算，以产生该缩放渐进影像信号。该水平方向插补运算可为对该渐进影像信号的一条线中的像素执行插补而产生该缩放渐进影像信号。该水平插补装置335亦可执行水平方向的缩小运算，其是对一条线的相邻像素2两点取一点或将相邻像素平均再除以2后输出，而产生该缩放渐进影像信号。

图6是本发明的插补时钟控制装置350的方框图。该插补时钟控制装置350包含一水平计数器351、一垂直计数器352、一输入同步追踪装置353、一水平向下取样率计算装置354、一解交错时钟计算装置355、一垂直插补率计算装置356、及一水平插补率计算装置357。

该水平计数器351连接至该时钟合成器370，以计数该第二时钟信号clk2，以产生一水平计数信号。

该垂直计数器352连接至该时钟合成器370，以计数该第二时钟信号clk2，以产生一垂直计数信号。

该输入同步追踪装置353连接至该水平计数器351及该垂直计数器352，接收一外部同步重置信号ext_sync_rst，以重置该水平计数器351及该垂直计数器352。

该水平向下取样率计算装置354连接至该水平计数器351，以依据该水平计数信号，产生一水平使能信号HEN1。

该解交错时钟计算装置355连接至该水平计数器351及该垂直计数器352，以依据该水平计数信号及垂直计数信号，产生一解交错使能信号VEN1。

该垂直插补率计算装置356连接至该水平计数器351及该垂直计数器352，以依据该水平计数信号及垂直计数信号，产生一垂直插补使能信号VEN2。

该水平插补率计算装置357连接至该水平计数器351及该垂直计数器352，以依据该水平计数信号及垂直计数信号，产生一水平插补使能信号HEN2。

图7是本发明的控制数据的示意图。如图7所示，该影像输入信号包含像素1～像素10。该向下取样装置313对该影像输入信号执行2∶1向下取样，亦即从像素1及像素2两点中取一点或将像素1及像素2平均再除以2后输出，故当水平使能信号HEN1为高电平时，该水平滤波器310输出该水平滤波影像信号至该第一先进先出缓冲器320。

垂直插补装置333对影像缓冲装置360中的线1，2执行垂直方向缩小运算，其是对线1，2的像素2两点取一点或将线1，2的像素平均再除以2后输出，故当该垂直插补使能信号VEN2为高电平时，该二维影像插补装置330对该影像缓冲装置360暂存的渐进影像信号进行处理，产生一缩放渐进影像信号，并输出该缩放渐进影像信号至该第二先进先出缓冲器340。

由上述说明可知，已知技术的缩放装置的工作时钟是由一影像输入信号的频率通过一倍频电路(图未示)所产生，缩放装置内部是否对工作时钟执行展频会产生两难的问题。当影像输入信号的频率已经执行过展频，而缩放装置内部再对工作时钟执行展频，会使得工作时钟的频谱变得相当大，进而造成缩放装置内部的锁相回路(PLL)电路不易锁定输入信号的频率，容易产生画面异常的现象。若是缩放装置内部不对工作时钟执行展频，当遇到影像输入信号的频率没有执行过展频的话，则缩放装置由于工作时钟的缘故，而容易产生电磁干扰(EMI)的问题。而本发明利用该时钟合成器370以产生该二维影像插补装置330、该第二先进先出缓冲器340及插补时钟控制装置350的该第二时钟信号clk2，且可在该时钟合成器370中对该第二时钟信号clk2执行展频，故可减少已知技术中电磁干扰(EMI)的问题，也不会有是否要执行展频的两难问题。

同时本发明使用该影像缓冲装置360，故不会像已知缩放装置由于使用线缓冲装置110，120，130而产生限制影像输入信号解析度的问题。本发明由于使用该第一先进先出缓冲器320及第二先进先出缓冲器340，可将该影像格式转换系统300的工作时钟与前端的影像数据提供装置390或后端的屏幕(图未示)隔开，而增加系统的稳定度。

为避免该第一先进先出缓冲器320及第二先进先出缓冲器340过大而增加成本，本发明中对于需要缩小的影像信号，则利用该向下取样装置313以执行向下取样运算，从而降低第一先进先出缓冲器320及第二先进先出缓冲器340的尺寸。再者，本发明技术同时将缩放运算(scaling)与解交错(deinterlace)运算整合在一个二维影像插补装置330中，由此以缩减该影像缓冲装置360的大小并节省运算电路的面积。

由上述可知，本发明无论就目的、手段及效果，均显示其不同于已知技术的特征，极具实用价值。应注意的是，上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种影像格式转换系统，包含：

一水平滤波器，用以接收一具有一第一时钟信号的频率的影像输入信号，并对该影像输入信号进行滤波，以产生一水平滤波影像信号；

一第一先进先出缓冲器，连接至该水平滤波器，以暂存该水平滤波影像信号；

一二维影像插补装置，连接至该第一先进先出缓冲器，以对该水平滤波影像信号进行解交错运算、垂直补点运算、及水平补点运算，进而产生一缩放渐进影像信号；

一第二先进先出缓冲器，连接至该二维影像插补装置，以暂存该渐进影像信号；以及

一插补时钟控制装置，连接至该水平滤波器及该二维影像插补装置，该插补时钟控制装置根据一第二时钟信号产生多个使能信号，用以使能该水平滤波器及该二维影像插补装置；

其中，该第二时钟信号的频率与该第一时钟信号的频率不相关；

该二维影像插补装置工作于该第二时钟信号的频率下。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，其还包含：

一影像缓冲装置，连接至该二维影像插补装置，以供该二维影像插补装置暂存数据。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，其还包含：

一时钟合成器，连接至该第一先进先出缓冲器、该二维影像插补装置、该第二先进先出缓冲器、及该插补时钟控制装置，该时钟合成器依据一第三时钟信号，以合成产生该第二时钟信号。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，该水平滤波器包含：

一前置滤波器，用以对该影像输入信号执行前置滤波运算，进而产生一前置滤波影像输入信号；

一向下取样装置，连接至该前置滤波器，以对该前置滤波影像输入信号执行向下取样运算，进而产生一向下取样影像输入信号；

一第一多路复用装置，用以依据一第一控制信号，选择该前置滤波影像输入信号或该向下取样影像输入信号其中之一输出；以及

一后置滤波器，连接至该第一多路复用装置，以对该第一多路复用装置的输出执行后置滤波运算，进而产生该水平滤波影像信号。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，该二维影像插补装置包含：

一解交错装置，连接至该第一先进先出缓冲器及该影像缓冲装置，以对该水平滤波影像信号执行解交错运算，进而产生一渐进影像信号；

一垂直插补装置，连接至该解交错装置，以对该渐进影像信号进行垂直方向插补运算，进而产生一垂直缩放影像信号；以及

一水平插补装置，耦合至该垂直插补装置，以对该垂直缩放影像信号进行水平方向插补运算，进而产生该缩放渐进影像信号。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，该插补时钟控制装置包含：

一水平计数器，连接至该时钟合成器，以计数该第二时钟信号，以产生一水平计数信号；

一垂直计数器，连接至该时钟合成器，以计数该第二时钟信号，以产生一垂直计数信号；

一输入同步追踪装置，连接至该水平计数器及该垂直计数器，接收一外部同步重置信号，以重置该水平计数器及该垂直计数器；

一水平向下取样率计算装置，连接至该水平计数器，以依据该水平计数信号，产生一水平使能信号；

一解交错时钟计算装置，连接至该水平计数及该垂直计数器，以依据该水平计数信号及该垂直计数信号，产生一解交错使能信号；

一垂直插补率计算装置，连接至该水平计数及该垂直计数器，以依据该水平计数信号及该垂直计数信号，产生一垂直插补使能信号；以及

一水平插补率计算装置，连接至该水平计数及该垂直计数器，以依据该水平计数信号及该垂直计数信号，产生一水平插补使能信号。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，该第三时钟信号为一系统时钟信号或是一振荡器所产生的时钟信号。

8.一种影像格式转换方法，包括以下步骤：

1)一水平滤波器接收一具有一第一时钟信号的频率的影像输入信号，并对该影像输入信号进行滤波处理，产生一水平滤波影像信号，并暂存至第一先进先出缓冲器；

2)一二维影像插补装置对该暂存的水平滤波影像信号进行解交错运算、垂直补点运算、及水平补点运算，进而产生一缩放渐进影像信号，并暂存至第二先进先出缓冲器；

其中，所述滤波处理和解交错运算、垂直补点运算、及水平补点运算由一时序合成器根据一第二时钟信号产生的多个使能信号分别触发，且该第二时钟信号的频率与该第一时钟信号的频率不相关；该二维影像插补装置工作于该第二时钟信号的频率下。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中的滤波处理具体包括：

11)对所述影像输入信号执行前置滤波运算，产生一前置滤波影像输入信号；

12)对所述前置滤波影像输入信号执行向下取样运算，产生一向下取样影像输入信号；

13)根据所述第一控制信号，选择所述前置滤波影像输入信号或向下取样影像输入信号其中之一输出；

14)对所述步骤13)输出的前置滤波影像输入信号或向下取样影像输入信号执行后置滤波运算，产生所述水平滤波影像信号；

其中，所述滤波处理中的向下取样运算由所述时序合成器根据一第二时钟信号产生的水平使能信号触发。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述第二时钟信号依据一系统时钟信号或一振荡器所产生的时钟信号合成所产生。

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