CN1036236C - 适配内插方法和装置 - Google Patents

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Abstract

空间前扫转换隔行扫描图象通常呈现沿水平结构的不清晰垂直过滤，并仅不明显地减小了隔行闪烁。本发明的适配加权垂直内插法取决于图象中垂直过滤的估计位置。因此，考虑了隔行扫描信号的前一和后一场的信息。这至少对静止的图象部分可大大改善清晰度并减小隔行闪烁。在运动图象部分也可大大改进清晰度。隔行场的消失行，可只借助现行场的两相邻行，用适配加权垂直插入法计算。

Description

适配内插方法和装置
本发明涉及用于适配内插方法和装置。
隔行扫描图象转换成空间上渐进的图象(亦即隔行扫描→逐行扫描)时通常显现沿水平结构的不清晰垂直过渡，并仅显示不明显的隔行扫描闪烁减弱。这通常是由于加在水平结构上的两行的垂直内插或简单垂直平均所致。这类向上转换的结果经常是原始隔行扫描图象比向上转换的看上去好。另一方面，空-时向上转换算法只能以可接受的方式适用于一定速度范围的运动物体。对更大的速度，这些算法有不可容许的时间滞后，使运动物体的轮廓很不清晰。对于移动或静止图象部分的不同最优处理模式的组合有许多提议，但迄今仍未完全解决所包含的运动检测的问题。
EP-A-0 169 527中示出了一种用于实行逐行扫描的内插装置，其中，当前象素的值从原有行中两个垂直相邻的象素值中选出或内插出。这种选择或内插根据二个原有象素之间的对应关系来进行，并且利用这些象素中的最大值与和当前象素在时间上相邻的前一场中的象素之间的对应关系进行修正。
EP-A-0 227 190示出了另一种用于实现逐行扫描的内插装置，其中，当前象素的值取自原有行中二个垂直相邻的象素值中的一个。这一选择是根据二个原有象素之间的差值来进行的，这一差值的绝对值还与一个第一基准电平进行比较。上述的选择还取决于与当前象素在时间上相邻的前一场中的象素值和一个与第一基准电平相同的第二基准电平的比较结果。如果上述差值的绝对值低于第一基准电平，则当前象素值取垂直的相邻的象素值的平均值。
本发明的一个目的，是提供一种用于适配加权内插的方法，其中可避免运动检测这类问题。
本发明采用了一种适配加权垂直内插法，它取决于图象中垂直滤波的估计位置。因此，考虑了隔行扫描信号之前和/或随后的场的信息。这使得能够显著改善清晰度并大大降低隔行闪烁。而对运动图象部分也能大大改善清晰度。
利用适配加权垂直内插法，只借助现行场中的两个相邻行，计算出隔行扫描场的消失的行。这种算法使内插值只能处于隔行扫描场的两条相邻行间的幅度范围内。因而这种内插算法的主要任务包括找出两个适当的加权因子。这些加权因子最好借助相邻场的信息计算或估算出。
本发明的向上转换与已知的空-时或运动适配上变频技术相比，有以下优点：
-由于在上变频滤波器中只涉及隔行扫描场的两条相邻行的两个象元，不会发生时间滞后。运动物体的清晰度将被完全保存；
-加权因子的计算是一连续过程。象EP-A-92400762(公开日：1993年9月22日，后批准的欧洲专利EP 056 286A1)中描述的DIAG3X算法那样的困难判定或带非连续性的非线性均不会出现。本方法有更好的抗噪声能力；
-仅使用了一种算法。这样避免了运动检测器及与之相关的问题。因此，边缘闪烁、梳状失真、光圈效应、混合模式等转换产物，都将不会发生；
-该算法能达到很高的垂直清晰度。处理的图象甚至可造成真正用一细点逐步扫描的图象的印象。与此相比，隔行扫描图象通常是用尺寸较大的点产生的，因而即使在场插入之后，整个帧也不如逐步扫描的清晰。
-若在最坏的情况下，加权因子完全算错了，只会出现某些行重复产物。
这种算法的一个缺点可见于这一事实，即垂直分辨率不会象在时间内插法(如简单的场插入技术)时那样得到改善，但正是这些高垂直频率造成了严重的运动检测器问题。若图象中的高垂直频率不能正确地被上变频，隔行闪烁就不会消失。与运算检测器的错误判定相比，这仍被认为是不那么重要的。另外，电视与运动图象有关，因而改进运动图象的质量是更有意义的。
如上所述，根据公式(用于简化的符号)：
Y*(y，t)＝〔α*Y(y－d，t)＋β*Y(y＋d，t)〕/(α＋β)，
本发明的适配垂直内插法只涉及两相邻行中的象元。这里，垂直内插法由加权因子α和β控制，而α和β本身取决于现行及(两个)相邻场的图象信息。图1给出了主要处理的总体图。
本发明的方法主要由一种适配内插法组成，从而从现行场的相邻行的垂直相邻象元的相应值，计算出待插入的现行行的象元值，且根据用于计算所述待插入行的所述象元值的一个或两个时间相邻场的相应定位象元值的一个或多个梯度，来适配加权所述相邻象元的值。
本发明的另一目的，是提供采用该发明方法的装置。
本发明的装置主要包括：
第一装置，用于在现行场的所述梯度的控制下，从输入象元的相应延迟值计算修正梯度；
第二装置，用于从相应地延迟的输入象元值来计算此梯度；
一算法电路，用于在现行场的所述梯度的控制下从所述修正梯度计算所述加权因子；
第三装置，用于在所述加权因子的控制下从相应地延迟的输入象元值计算出现行行的所述象元值。
将结合附图对本发明的最佳实施例进行描述。在附图中：
图1显示了本发明的内插法的原理；
图2显示了垂直过渡；
图3显示了精细垂直细节；
图4显示了最精细的垂直细节；
图5是本发明的内插器的框图。
在图1的显示器1上，显示了三行n-1、n(插入的)和n+1。行上的象元12是待从行n-1的象元11和行n+1的象元13内插的。发光输入象元Yin的值和已显示在第一场存储器15中的这类值及已显示在第二场存储器16中的这类值被馈入计算加权值α和β的计算电路14。
图2可用于说明α和β的计算。图2A显示了隔行场Fm中Y＝n处的垂直过滤。在过滤区可发现一不定范围，其中可出现消失行n的象元值。该不定区可借助先前的场Fm-1的信息显著地减小，只要此图象部分没有运动。通过测量此场Fm-1相对于待插入行Y＝n的向上垂直梯度Δ1和向下垂直梯度Δ2(见图2B)，这些梯度
Δ1a＝Y(y＋2d，t－Tt)－Y(y，t－Tt)
和
Δ2a＝Y(y，t－Tt)－Y(y－2d，t－Tt)
Tt＝20ms，2d＝场内的行距，可被用于计算α和β，即
α＝|Δ1a |＋ε和
β＝|Δ2α|＋ε
在这些公式中，ε表示一小量，如1LSB，只是在Δ1和Δ2为零时提供一合理结果。
可用此技术正确处理的最精细的垂直细节，由两行的宽度给定，如图3A和3B所示。对正确的内插，必须引入一修正，它在梯度Δ1和Δ2的符号与现行场中的梯度Δ3＝Y(y＋d，t)－Y(y－d，t)的符号不同时，使Δ1和Δ3为零。这意味着：
若Δ3≥0，则
Δ1a＝Maximum(Δ1a，0)
Δ2a＝Maximum(Δ2a，0)
否则
Δ1a＝Minimum(Δ1a，0)
Δ2α＝Minimum(Δ2a，0)
对更细的垂直细节，该算法变成如图4A和4B所示的简单垂直平均。在给定的情况下，Δ1和Δ2均为零。
对该算法的试验给出了显著改善的清晰度，但对某些运动会出现阶距为两行的阶梯结构(行重复产物)。该产物主要是由于α和β的反对称时间计算。因而最好把处理扩展到另一时间方向上(场Fm+1)，其中按下列公式计算第二组Δ1和Δ2。
Δ1b＝Y(y＋2d，t＋Tt)－Y(y，t＋Tt)
Δ2b＝Y(y，t＋Tt)－Y(y－2d，t＋Tt)它们带有取决于Δ3的同样修正。而加权因子则为：
α＝|Δ1a|＋|Δ1b|＋ε
α＝|Δ2a|＋|Δ2b|＋ε
这种改进算法的结果表明，α和β的对称时间计算使运动影象更好，但沿某些运动的对角结构仍有一些阶梯产物。克服这些失真可有不同的方案。检测运动对角结构或在重组的帧中对阶梯作图案识别会很有用，但却很复杂。
一种简单的方案，是根据运动促使适配插入成为垂直平均。梯度Δ1和Δ2在帧和帧之间的变化已给出了对运动的显示，因而运动显示因子可简化为：
σ＝〔|Δ1a－Δ1b|＋|Δ2a－Δ2b|〕/Maximum(∑|Δi|，δ)
其中∑|Δi|＝|Δ1a|＋|Δ1b|＋|Δ2a |＋|Δ2b |，δ＝1LSB
加权因子则变为：
α＝(1－σ)(|Δ1α|＋|Δ1b|)＋σ*∑|Δi|＋ε
β＝(1－σ)(|Δ2a |＋|Δ2b|)＋σ*∑|Δi|＋ε
为更好地防止噪声和改进效率，在这些公式中引入了第二项，以使加权系数更能平衡。由于同一理由，ε被增至5至8位处理方案。
图5显示了用上述算法的内插器的框图。发光输入象元Yin的值被馈入第一减法器521并经第一线路延迟器511、第二线路延迟器512、第一场减法线路延迟器513、第二场减法线路延迟器514及第三线路延迟器515而到达第四线路延迟器516。在第一减法器521中第一线路延迟器511的输出被从该延迟器的输入中减去。第二减法器522中第二线路延迟器512的输出被从该延迟器的输入中减去。
在第三减法器523中把第三线路延迟器515的输出从该延迟器的输入中减去。在第四减法器524中把第四线路延迟器516的输出从该延迟器的输入中减去。
第一减法器521的输出信号Δ2b，直接或经第一倒相器531，经第一开关541和第一限幅器551(输出信号Δ2b)，被传至用于计算α和β的算法电路57。第二减法器522的输出信号Δ上1b，直接或经第二倒相器532，经第二开关542和第二限幅器552(输出信号Δ1b)被送至算法电路57。第三减法器523的输出信号Δ2a，直接或经过第三倒相器533，经第三开关543和第三限幅器553(输出信号Δ2a)而被传到算法电路57。第四减法器524的输出信号Δ1a，直接或经过第四倒相器534，经第四开关544和第四限幅器554(输出信号Δ1a)而被传到算法电路57。
在第一场减法线路延迟器513的输出端，提供了现行行(y＝n，Lc)的象元值并将之送到输出端502。这些象元还经第五线路延迟器581、第五减法器594、第一乘法器595和第一加法器596，被送到输出内插行Li的象元值的输出端501。
在第六减法器592中把第五线路延迟器的输出从其输入中减去。此减法器的输出代表现行场的梯度Δ3，并被馈送算法电路57和同时控制四个开关的开关控制器56。在算法电路57，利用或不利用运动显示因子σ，从上述输入信号算出加权因子a和β。
对于Y*的计算，公式(a*A＋b*B)/(a＋b)可变换成：
＝(a*A＋b*B＋a*B－a*B)/(a＋b)
＝(a*(A－B)＋(a＋b)B)/(a＋b)
＝(a/(a＋b)*(A－B)＋B
最好用后一公式计算插入象元值11。算法电路57的a和β输出在第二加法器591中被加起来。该加法器的输出经一倒数值电路582并在第二乘法器593中被乘以值a。该乘法器的输出提供了第一乘法器595的第二输入。第五线路延迟器581的输入在第五减法器594中被从该延迟器的输入中减去并在第一加法器596中被加到第一乘法器595的输出上。
也可把两个以上的直接垂直相邻的象元用于本发明的内插法。
本发明可用于电视、VCR及色度信号。
本发明的内插法的结果表明，它在包含细节的变焦的图象序列中可明显提高清晰度并降低隔行闪烁。在测试图(如“菲利浦测试图”)中，隔行闪烁可完全消除。
与EP-A-92400762中描述的DIAG3X算法相比，本发明所提出的适配垂直内插法能大大改进图象清晰度并降低隔行闪烁。所提的算法在硬件复杂性、垂直分辨率、垂直清晰度和残留产物之间达到了微妙的平衡。图象的质量未因上变频算法的引入而受到影响。

Claims (8)

1.一种用于适配内插的方法，该方法从当前场(Fm)的相邻行(n-1，n+1)的垂直相邻象元(11，13)的相应值来计算待被插入的当前行(y，n，Li)的当前象元(12)的值，其特征在于所述相邻象元(11，13)的值根据一或两个时间相邻场(Fm-1，Fm+1)的相应定位的象元值的一个或多个梯度(Δ1，Δ2)而得到的加权因子(α，β)进行适配加权，以计算所述当前象元(12)的值。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：由与当前象元垂直相邻的两个象元(11，13)构成的象元对被用于计算所述的当前象元值(12)，从而使所述象元对的各象元(11，13)的加权因子(α，β)与时间相邻场(Fm-1，Fm+1)的相应现行象元和该场(Fm-1，Fm+1)的相应垂直邻象元之间的相应梯度(Δ1a，Δ1b，Δ2a，Δ2b)相适应。
3.根据权利要求1或2中任一项的方法，其特征在于：所述的梯度(Δ1a，Δ1b，Δ2a，Δ2b)在当前场的当前象元(12)和垂直相邻象元(11，13)之间的当前场(Fm)的梯度(Δ3)特别是该梯度的符号的控制下进行修正。
4.根据权利要求1至3的方法，其特征在于一个小数值如一个最低有效位被加到所述加权因子(α，β)上。
5.如权利要求4的方法，其特征在于：所述加权因子(α，β)包含所述修正梯度(Δ1a，Δ1b，Δ2a，Δ2b)的绝对值。
6.如权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于：所述加权因子(α，β)根据两个时间相邻场(Fm-1，Fm+1)的相同空间位置的相应梯度的梯度差绝对值(|Δ1a，-Δ1b|，|Δ2a，Δ2b|)而进行修正。
7.用于实现权利要求3至6中任一项的方法的装置，其特征在于：
延迟及减法装置(511-516，521-524，581，592)，用于从输入象元(yin)相应延迟值计算梯度(Δ1，Δ2，Δ1a，Δ1b，Δ2a，Δ2b，Δ3)；
上述延迟及减法装置提供一个或二个时间相邻场(Fm-1，Fm+1)的上述梯度和当前场(Fm)的所述梯度(Δ3)；
接收上述当前场梯度的符号的开关控制装置(56)及修正装置(531-534，541-544，551-554)，该修正装置由上述开关控制装置所控制，用于从上述的梯度(Δ1a，Δ1b，Δ2a，Δ2b，Δ3)计算出修正梯度(Δ1a，Δ1b，Δ2a，Δ2b)；
算法电路(57)，用于根据前一场(Fm-1)的修正梯度(Δ1b，Δ2a)或者再根据后一场(Fm+1)的修正梯度(Δ1b，Δ2b)并且结合使用当前场的梯度(Δ3)计算出所述的加权因子(α，β)，以及
用于使用上述的加权因子(α，β)计算出上述的当前象素(12)的值的装置(582，591，593-596)。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于所述加权因子(α，β)是在所述算法电路(57)中根据两个时间相邻场(Fm-1，Fm+1)的相同空间位置的相应梯度的梯度差的绝对值(|Δ1a-Δ1b|，|Δ2a-Δ2b|)计算的。
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