CN1081049A - 经视频信号活动适应性补偿处理的场存储器中的视频和活动样本双重多工的视频存储器系统 - Google Patents

Abstract

由场存储器(205)提供顺序扫描系统中的多个 信号延迟，该场存储器在视频行范围内有双重多工， 提供紧凑的数据样本，该数据样本包括在第一时间区 间内表示场和帧延迟象素样本的隔行象素和第二时 间区间内表示帧活动延迟一个场区间的压缩活动数 据。双重多工的优点是免去了去多场延迟的需要，否 则则需要在为精确再现显示图象中的小而快速活动 物体所设计的活动自适应系统中提供场延迟视频、帧 延迟视频和场延迟活动信号。

Description

本发明一般地涉及存储器系统，更具体地涉及用于提供多个包括视频和活动指示信号的延迟信号的存储器多工系统，所述视频和活动指示信号适合于在所谓“活动适应”型或其它系统的逐行扫描变换系统中使用其在例如活动适应的亮度/色度信号分离系统中可能需要延迟的视频和活动指示信号。

已知的电视系统中将隔行视频信号变换为非隔行即“顺序扫描”形式，将一个场所显示的水平行数增加1倍。这种系统的优点是降低了所显示图象的行结构的可见度。

由于显示行数增加1倍需要比实际传送的行数更多，因此已提出多种用于获得所需“附加”行的建议。R.A    Dischert在题为“水平行加倍的电视显示”的美国专利4415931（1983年11月15日颁布）中描述了通过重复所接收信号行来获得所需“额外”显示行的系统的一个实例。K.H.Powers在题为“减少行扫描后生现象的电视显示系统”的美国专利4400719（1983年8月23日颁布）中描述了以接收到信号的相邻垂直行的插入来获得“额外”或中间行的系统的一个实例。

上述系统描述了从当前收到的视频输入信号场中导出额外显示行的布局。这种逐行扫描变换的形式通常称为“场内（intra-field）“或”行变换，其优点是对含场间活动图象不会产生可见的后生现象。然而，却存在所显示图象垂直分辨率未提高并且可能变差的缺点。尤其在使用垂直插入的场合，可能会“软化”所显示图象。

现已被广泛认识到的是，顺序扫描显示所需的附加行可从前面的场而不是从当前接收到的场获得。这种系统一般称为“场”或“场内”顺序扫描系统，这种系统通过将当前接收到的场与前面接收到的场的各行交错而使显示数增加1倍。“场”顺序扫描处理的优点是产生的静止图象具有原始视频扫描帧的完整垂直分辨率。

Okada等人在题为“包括扫描频率加倍电路的电视接收机”的美国专利4426661，（1984年1月17日颁布）中描述了“场顺序扫描”系统的一个实例，也可参见1983年8月24日公开的题为“彩色电视信号行加倍电路”的Achiha等人的英国专利申请GB2114848A。然而，场顺序扫描系统受到当一幅画面中存在场间活动时所显示图象会变得模糊问题的困扰。

从前面的场导出额外行的这种类型的顺序扫描处理器的另一问题是需要相当大量的存储器用以存储（延迟）前面场的各行。

已有人提出这样的系统，其中行顺序扫描系统的垂直分辨特性的问题以及场顺序扫描系统的活动模糊特性的问题是通过使系统“活动自适应”而加以解决。在活动自适应系统中，使用一个活动检测器作为活动的函数在两种基本类型处理器之间切换。例如，当输入的视频信号代表一个静止图象，则该信号由场型处理器处理，该处理器通过将当前接收的行与前面场的各行相间（interleaving）来产生额外的显示行。相反，当输入的视频信号代表一幅活动图象，则通过对当前接收到的场的各行的内插（或重复）来获得额外显示行。对不是静止又不完全活动的图象，则通常与活动幅度成比例地混合行型和场型处理器的输出。

在1986年7月1日颂布的Casey的题为“包括使用带活动压缩非隔行扫描格式的帧存储电视接收机”的美国专利4598309中描述了“活动自适应”顺序扫描变换器”的第一个实例。在Casey系统的一个实施例中，将隔行信号变换为非隔行显示形式。当图象没有变化（活动）时。输入信号的第一和第二场的图象信息显示在显示设备的交替扫描行中，以在一个垂直扫描间隔期间形成一幅图象帧。指示该图象帧一个部分出现图象变化的活动指示信号，由对帧内图象变动进行检测的帧梳状滤波器产生。该图象变化指示（活动）信号使得图象帧该部分所显示的图象信息是从输入视频信号的一场中导出的。

有益的是，Casey系统中的活动指示信号是一个多位信号，其幅度不仅表示活动的存在而且代表活动的相对程度或幅度。内部场或帧处理的选择由与活动信号幅度成比例以提供具有场延迟和行平均分量的“混合”输出信号的所谓“软”开关提供，所述“混合”输出信号与活动信号幅度成比例。换言之，Casey装置不是仅仅根据活动的检测从场处理切换到行处理，而是通过按照活动信号幅度将场和行的经处理的视频信号加以混合，提供从一种方式到另一方式的平滑跃变。

在1987年1月27日颁布的Fling的题为“视频信号场/帧存储系统”美国专利4639783中描述了活动自适应处理的第二个实例。在Fling系统的一个实施例中，由视频信号的帧梳状滤波产生多位活动信号，该信号用于控制前述Casey装置中的“软”或“比例”开关。Fling系统实施例的优点是使用了借助多工技术获得场延迟和帧延迟信号的帧存储器。更具体地说，该帧存储器在两倍于视频信号采样频率下以串行方式工作。将视频样本交替地输入到存储器，将从该存储器恢复的交替样本送回到存储器空位态。结果是，存储器每隔1个样本是场延迟和已通过该存储器两次的场间（in-between）样本被帧延迟，因此在存储器输出端可得到场延迟和帧延迟样本。用这种方法，没有场抽头的帧存储器可起到一对级联的场存储器的作用，否则需提供场抽头和帧延迟信号。

活动适应也用在顺序扫描处理以外目的的视频信号处理中。例如，Wargo等人在1987年12月29日颁布的题为“活动自适应电视信号处理系统”的美国专利4716462中描述了一种用于从复合视频输入信号中分离亮度信号Y的活动自适应梳状滤波系统。在该发明的一个实施例中，活动检测器将多位活动信号供给一个软开关，用于选择随活动而变的行梳状滤波信号和帧梳状滤波信号。在存在显著活动时使用行梳状滤波器，而在无显著活动时选择帧梳状滤波器，而对活动的中间值，将行和帧梳状滤波信号与从活动信号导出的非线性控制信号K成比例地混合。

作为第二个实例，活动适应可用于视频噪声压缩，例如，如Fling在1987年1月27日颁布的题为“响应图象活动历史的适应性受控的视频信号递归滤波器的美国专利4639784中所述。在Fling系统的一个实施例中，用于执行视频信号噪声压缩的递归滤波器将当前的和延迟的信号相加，该递归滤波器包括一个用于检测帧内图象活动的活动检测器。存储来自该活动检测器的信号以提供图象活动的历史。耦合到活动检测器并且响应所存储活动历史的译码器产生用于对形成递归滤波器和数的信号成分（contributions）进行定标的控制序列。在Fling装置的一个特定实施过程中，就所滤波的有效视频信号而言，使用相同的帧存储器将帧延迟赋予1位活动信号。这是通过将一行间隔的活动比特累加并将累加位插入到帧存储器所储存的下一行水平消隐间隔内，有效视频位仅存储在该行的有效视频部分中而实现的。

综上所述，在常规的活动自适应的隔行到顺序扫描（非隔行）变换系统中，需要相当大的存储器以存储视频信息的场。典型地说，该存储器可用来存储三种类型的视频信号。

作为这种存储量需求的第一个实例，必需将输入的视频信号延迟一场，以形成在图象静止部分中产生“场干扰”的信号源。术语“场干扰”指额外的或“内部的”插在当前接收的视频行之间的显示行。换言之，在这种“活动自适应“或活动补偿的顺序扫描变换系统中从静止区域中的前面场和从活动区域中的相邻扫描行来获得附加的扫描显示行。

作为存储器存储需求的另一个例子，需要附加存储器来判定图象的哪一部分是静止的，为此，通常要比较相邻图象帧的视频信息，相邻图象帧之间相隔两场时间。帧延迟信号可通过将上述场延迟信号延迟一个附加场来得到，这要求存储器的一个附加的场。比较的结果通常编码为所谓“活动信号，”，该信号的分辨率可以是相当低的（例如，1到4位）。

本文承认在活动自适应的顺序扫描变换系统中进一步的存储需求是合乎要求的，就活动的存在而言人们希望达到高度的可信度。

更具体地说，通过将帧延迟视频与到达的视频进行比较所得到的活动信息形成了当前场（或前面帧）的特定象素（图象元素）是否活动的良好指示。然而，这并不是前面的场的相应象素是否还在显示一个活动物体的良好指示，尤其是当该物体小而且快速活动（例如，投出的垒球或网球）时更是如此。由于它是将用作“场干扰”信号的前面场的信息，避免了活动后生现象，最好是在使用该信息之前以相当高可信度确认该信号是静止的。

在典型的活动自适应系统中，在前面场期间对给定象素（图象元素）产生一个活动信号。通过将该活动信号延迟一场，可将其信息用来帮助判定是否要考虑该象素是活动的还是静止的。这表示需要场存储的第三类视频信号。幸好，由于可粗略地量化活动信号，需要并不多的存储器来存储一场的活动信号而不是存储一个场的视频信号。

本发明旨在可有效满足上述三种信号（两个视频信号和一个活动信号）的存储要求的具体存储器布局。按照本发明的优点是，可使用单个帧存储器（无须分接）和一个行缓冲存储器便可满足所有存储需求。

在本发明的一个图示实施例中，由一个场存储器提供顺序扫描系统中的多个信号延迟，该存储器可在一个视频行内双工复用提供紧凑的数据样本，这些数据样本包括第一时间区间的代表场和帧延迟象素样本的隔行象素以及第二时间区间中代表活动信号延迟一个场间隔的时间压缩活动数据。有益的是双工复用免除了对三个场延迟的需要，否则就需用之在为在显示图象中精确重现小而快动物体而设计的活动自适应系统中提供场延迟视频、帧延迟视频和场延迟活动信号。

一个体现本发明的存储器系统包括一个场存储器。一个第一多路转换器，在每个视频行的第一时间区间内使加到该存储器的视频样本与从该存储器输出的视频样本交错混合。一个第二多路转换器在视频行的第二时间区间内，时间压缩并存储与视频样本前面的行相关联的活动数据。该第一多路转换器输出已通过场存储器一次的视频样本，以提供场延迟视频样本，并且输出已通过场存储器两次的视频样本，以提供帧延迟视频输出信号。第二多路转换器恢复时间压缩活动样本并扩展它们，以提供场延迟活动输出信号。

本发明示于诸附图中，其中类似元件用相同标号示出，附图中：

图1是表明在实施本发明的活动自适应顺序扫描系统中的填隙式interstitial）行的产生框图，用以说明活动补偿式顺序扫描系统中所用的场和帧延迟视频信号和场延迟活动信号的产生，其中，按照本发明，各种场延迟由公用存储器提供。

图2是体现本发明的存储器系统的详细方框图，以及

图3是说明图2的存储器系统工作的时序图。

本发明可用在各种希望以简化的存储要求实现活动补偿的应用场合。为图解说明起见，在图1中示出顺序扫描处理的应用。如前面已述就以上讨论过的现有技术而言，本发明的原理也可应用于诸如亮度/色度信号分离和降噪系统的其它应用场合。

图1的顺序扫描系统10包含用于接收以给定采样频率采样的数字形式的视频输入信号S1的输入端12。举例说明，样本频率FS可以是色副载波频率的3或4倍或水平行频的多倍以超过视频输入信号的Nyquist频率。端12连接到1行（1-H）延迟存储器14、平均值电路16、加速电路18和活动检测器20的诸输入端。由存储器14提供的行延迟信号S2加到平均值电路16的第二输入端以提供行平均（垂直内插）输出信号S3。行延迟信号S2还加到存储器系统50的第一输入端52上，以在输出端54提供262行的场延迟。由于由存储器14提供的1行延迟，场延迟信号S4的净延迟等于263行。

行平均信号S3和场延迟信号S4加到受控于活动相关控制信号S5的“软开关”70。当不存在活动时，开关70选择场延迟信号S4。当存在高度活动时，开关70选择行平均信号S3。对活动控制信号S5的中间值，开关70选择行平均和场延迟信号的比例“混合”（S6）作为该系统所谓的“填隙”显示行。

当前视频行S1和活动自适应的视频行S6加到（常规设计的）各自的“加速”电路18和80，以2为因子时间压缩这些信号。此后，将时间压缩信号S7和S8加到多路开关82，将当前的和活动配合填隙行隔行排列以便在输出端90提供顺序扫描输出信号S9。

用于控制软的或“比例”开关70的活动控制信号S5借助于活动检测器20、存储器50和最大值检测器55产生。更确切地讲，活动检测器20将输入信号S1与已由存储器50经帧延迟的视频信号S10相比较，产生一个指示从一帧到下一帧活动的输出活动信号S11。该活动信号被送回到存储器50并延迟263行的时间段（NTSC制式中的1场）以提供场延迟活动信号S12。活动指示控制信号S5由最大值检测器55导出，该最大值检测器55输出未延迟的和场延迟的活动信号S11和S12的最大值。通过比较当前的和场延迟活动信号，最大值检测器产生比仅用帧活动信号极好的场到场活动的估计，从而改进对小而快动物体的检测。

在图1系统中优点是：单个场存储器提供对信号S4的场延迟，对信号S10的帧延迟和对活动信号S11的场延迟。如果直接予以实施，就会出现需要三个场的存储器延迟。这可通过图2的双重复用存储器系统来避免。

图2的系统包含5个多路开关（200、202、204、206和208），一个用于存储262行视频和活动信息的场存储器205，一个用于提供活动数据的压缩和扩展的缓冲存储器210。

该系统包括分别用于提供视频样本和活动样本的输入端52和58以及场存储器205。该场存储器205是带有单独输入和输出端口的双端口场存储器。第一多路转换器（包含多路开关200和202）耦合到场存储器205，用于将由延迟单元14供给场存储器205的视频样本S2在有效视频时间段T2期间与从场存储器恢复的样本S14隔行排列。如图3所示，其结果是，从输入信号和两次延迟的交替样本得到与另一样本相隔的的隔行视频样本，从而在输出端54和56产生分别延迟了263和525行的视频信号S1。图3示出了由第一多路开关200、202进行的这种隔行操作。如图所示，有效视频信息被延迟了1场和2场，延迟的有效视频样本由第一多路转换器200、202的输出开关202分离并加到输出端54和56。

活动信号延迟由第二多路转换开关和行缓冲电路204、206、208和210提供。第二多路转换开关和行缓冲电路在场存储器205中所存储的各视频行的第二时间区间（图3中的T1）内对与视频样本的前行相关联的活动数据进行时间压缩并予以存储。

第一多路转换器（200，202）有第1输出端54和第二输出端56，第1输出端54提供已通过场存储器205一次的视频样本，即提供场延迟的视频输出信号S4，第2输出端56作为由第一多路转换电路（200、202）提供反馈的一个结果，提供已通过场存储器两次的视频样本的帧延迟视频输出信号。

第二多路转换器和行缓冲电路包括如图2所示连接的开关204、206和208及缓冲存储器210。更确切地说，第二多路转换器和行缓冲器电路在场存储器205各视频行的第二时间间隔内对视频样本的前行相关联的活动数据进行时间压缩并予以存储。更确切地说，在一行的有效视频区间T2期间累加活动样本，并在后继行，将样本压缩在时间区间T1（水平消隐期）内并存储于存储器205中。其后，恢复该活动样本并对其作时间扩展以为原始（未延迟活动样本）所用，以便如上所说明的对小而快速活动物体而言提供比仅仅使用帧活动指示信号所能得到的更好的场活动评价。

更详细地说，与来自时序信号发生器290的其它时序信号一起提供的水平消隐信号用于操作多路开关204和206，以及为缓冲存储器210选择快的和慢的时钟。在视频行期间使用慢时钟信号以便在有效区间T2（见图3）用输入的活动数据装载缓冲存储器。在另一行的开始，时序信号发生器将快时钟信号提供给存储器210，用以将活动数据压缩到由场存储器205所存储的视频数据的水平消隐区间内。此后，一旦恢复所存储数据，开关208便选择慢时钟信号来读出和扩展存储器210中的缓冲数据。

为综述上述操作，图2的存储器系统使用场存储器205和缓冲存储器210和多个多路开关，以有效地产生对小、快速活动物体的活动自适应处理所必须的3个延迟信号。所有三个信号（场延迟视频、帧延迟视频和活动信号）以相同的象素频率出现（如果该视频信号未作子采样，则该象素频率可为全带宽视频象素频率，如果只是视频信号的低频作活动自适应处理，则可为较低频率）。两个视频信号（S4和S6）被交替采样，（如图3中区间T2所示）以产生具有各个位速率的单个信号。该相间信号在每个视频行区间的有效部分期间（见图3）被存储在场存储器205中。与此同时，通过将输入的和帧延迟的视频信号作比较而得到的活动信号S11存储到具有足够存储对应于相同视频行有效部分的一行活动数据之容量的缓冲存储器210中。

在水平消隐间隔T1（如图3所示）期间，当没有有效视频数据要存储在场存储器205中时，缓冲存储器210的内容被传送到场存储器205。由于消隐区间的长度大大短于一行的有效部分的时间长度，该传输在比由时钟开关208确定的缓冲存储器原始写入频率要高得多的频率下进行。该缓冲存储器按“双端口”设计，允许同时进行读和写。因此，来自场存储器的场延迟活动信号还可随着从缓冲器读出前行的活动数据进入到场存储器的同时写入该缓冲器中。这种相同的双端口结构允许在后继行区间有效部分期间以降低的速率（由发生器290提供的“慢时钟”）从缓冲存储器210读出前场活动信号，而与此同时将后继行的活动数据写入该缓冲器，这会在场和帧延迟的视频信息从场存储器读出的同时进行的。

该缓冲存储器的一个作用是1行周期的附加延迟插入到活动信号中，与视频信号经历的内容相比较。这在某些系统配置中是合乎要求的。图1功能性地示出了一个实例。视频信号在被存储到场存储器之前延迟了1H（1行）。对1-H延迟的输入和输出求平均值以获得对用在图象活动部分的附加行信息的估值。该场延迟构成给出262H（对NTSC标准接收机）的延迟，使得场延迟输出具有263H的净延迟，帧延迟输出有525行的净延迟。在这些条件下，由活动缓冲器提供的附加延迟将给予该活动信号总共263行的延迟。结果，延迟的活动如同场延迟视频对应于同一行。

现已图示并说明了活动自适应顺序扫描系统的视频存储器的配置，其中单个场存储器有效地提供了场延迟有效视频，帧延迟有效视频和场延迟活动指示信号。如前所说明，本明的原理也可用于诸如活动自适应的亮度/色度分离等其它应用中。

Claims (6)

1、一种存储器装置，包括以下组合：

用于提供视频样本(I-HVIDEO)和活动样本(MOTION IN)的源；

场存储器(205)；

耦合到所述场存储器的第一电路装置(200，202)、用于将供给所述存储器的所述视频样本(I-HVIDEO)与来自所述存储器的视频样本(263H VIDEO OUT)输出隔行排列以便在每个视频行的第一时间区间内存储在所述场存储器中；

所述第一电路装置有第一和第二输出端(54，56)，分别用于提供已通过场存储器一次的视频样本，以提供场延迟视频输出信号(263H VIDEOOUT)，以及对已通过所述场存储器两次的视频样本提供帧延迟输出信号(525H VIDEO OUT)；所述存储器装置的特征在于：

第二电路装置，用于在第个视频行的第二时间区间内对视频样本的前面行相关连的活动数据进行时间压缩并存储在所述场存储器中；

所述第二电路装置，耦合到所述场存储器的输出，以恢复时间压缩活动样本以及对样本去压缩以提供场延迟活动指示输出信号(263H MOTION OUT)。

2、如权利要求1所述的存储器装置，其特征在于所述第一电路装置（200，202）包括有：

第一多路转换器（200），该转换器响应时序信号（FS/2）有选择地将所述视频样本（1-H  VIDEO）和所述场延迟输出信号（263HVIDEO  OUT）中的一个耦合到所述场存储器（205）的一个输入;以及

多路信号分离器（202），该分离器响应所述时序信号，有选择地将所述场存储器的输出耦合到所述第一电路装置的所述第一（54）和第二（56）输出中的一个。

3、如权利要求2所述的存储器装置，其特征在于所述第二电路装置（204，206，208，210）包含：

缓冲存储器（210），它有一个提供所述场延迟活动指示信号（263H  MOTION  OUT）的输出端（60）;

第二多路转换器（206），用于响应指示包括在导出所述视频样本的视频信号中的水平消隐期出现的消隐信号（HB），将所述活动样本（MOTION  IN）和所述场存储器的输出之一耦合到所述缓冲存储器的一个输入端;以及

第三多路转换器（204），用于响应所述消隐信号有选择地将所述缓冲存储器的所述输出和所述第一多路转换器（200）的输出之一耦合到所述场存储器的所述输入端。

4、如权利要求3所述的存储器装置，其特征在于，所述第二电路装置还包含：

第四多路转换器（208）用于响应所述消隐信号（HB），有选择地将第一（FC）和第二（SC）时钟信号之一耦合到所述缓冲存储器（210）控制输入端。

5、如权利要求4的所述的存储器装置，其特征在于，

所述第一时钟信号（FC）呈现比所述第二时钟信号（SC）更高的频率，以及

所述第4多路转换器（208）将所述第一时钟信号耦合到所述缓冲存储器，以压缩所述活动样本，将所述第二时钟信号耦合到所述缓冲存储器（210）以扩展所述活动样本。

6、如权利要求2所述的存储器装置，其特征在于，所述时序信号（FS/2）是从用于采样视频信号产生所述视频样本的采样信号（FS）导出的。

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