CN1097951C - 视频信号处理系统中的图像格式转换装置与方法 - Google Patents

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Abstract

一种在视频信号处理系统中用于转换图像格式的装置及其方法。该装置包括：模-数转换单元，用于将以预定间隔采样的每个原始彩色信号转换成数字信号；彩色-空间转换单元，用于把数字信号转换为亮度信号和色调信号；存储单元，用于存储线性内插系数的一个查找表；水平变换单元，用于线性地内插亮度信号和色调信号一个周期，并用于进行水平转换；行存储单元，用于暂时存储由水平变换单元水平地转换的信号；垂直变换单元，用于内插由行存储单元提供的水平变换信号一个周期，以及帧存储单元。

Description

视频信号处理系统中的图像格式转换装置与方法
技术领域
本发明涉及一种在视频信号处理系统中用于转换图像格式的装置及其方法，尤其涉及一种这样的图像格式转换装置及其方法，利用这种方法，当图像的水平和垂直尺寸以任何比例被变换时，可实现按第一比例特性转换的图像，同时，可以减少用于图像转换所需的硬件规模和计算量。
背景技术
一般地说，所谓多媒体指的是这样一种系统，它可以用于通过字符，图像，声音等传送信息，并应用于电视，计算机，电视电话等领域。
例如在多媒体的应用领域中，其中，不同种类的系统，例如个人计算机和个人计算机，个人计算机和电视机，电视机和电视机等被联系在一起作为一个系统，因此在处理接口期间需要转换视频信号的格式。
这种图像格式转换例如可以表示为把500×400的图像按比例缩小为300×300图像的图像格式转换，在这种情况下，按比例缩小的比例水平尺寸为5比3，垂直尺寸为4比3。
这基本上是通过转换时间因素例如水平和垂直频率，象素频率等，和转换尺寸因素例如图像的水平和垂直尺寸进行的处理。
其中通过使用存储器缓冲器实现时间因素的转换，并通过使用滤波器实现尺寸因素的转换。
例如，当输入5个图像采样，以便按5比3的比例按比例缩小一个图像时，必须产生3个图像采样。
按照常规的格式转换方法，采样数被3内插，因而增加3倍，然后被5分样(decimate)，因而减少1/5。
当这样作时，被要求了30次以上的多次内插和分样。
同时，按照常规的图像格式转换方法，在硬件中，行(垂直度)或象素(水平度)以预定的间隔跳过，以便按比例缩小图像的尺寸，并且行(垂直度)或象素(水平度)以预定的间隔折叠，以便按比例放大图像尺寸。
这种转换方法使得硬件容易实现，但是存在的问题是，图像粗糙，尤其是在包括许多按比例缩小的字符的PC图像的情况下，字符好象是间断的。
现有技术中需要具有若干抽头的滤波器，以便阻止在转换图像格式的过程中使图像质量变差，当使用具有n个抽头的滤波器用于沿垂直方向变换时，则需要n-1行存储单元。
因此，在按上述实现的常规方法中存在的问题是，当实现质量好的图像格式转换装置时，和其性能相比，其硬件制造成本增加，因而就价格而言，其硬件的竞争性变差。
发明内容
因而，提供本发明以用于解决上述问题。本发明的目的在于，提供一种在视频信号处理系统中用于转换图像格式的装置及其方法，其中通过使用输入频率和输出频率的周期性，预先计算一个周期内的空间位置，并重复地应用计算结果，从而获得质量好的转换图像，同时，可以减少硬件的规模和计算量。
按照本发明的目的，提供一种装置，其包括：模-数转换单元，用于以预定间隔采样原始的彩色信号，并把采样的信号转换成数字信号；彩色-空间转换单元，用于把模-数转换单元的数字信号转换为亮度信号和色调(color tone)信号并输出这些信号；存储单元，用于存储表示响应图像尺寸转换而转换的线性内插系数的一个查找表；水平变换单元，用于响应图像尺寸的转换通过参考存储单元的查找表线性地内插亮度信号和色调信号一个周期，并用于通过重复地输出线性内插的结果进行水平转换；行存储单元，用于暂时存储由水平变换单元水平地变换的信号；垂直变换单元，用于响应图像尺寸的转换，通过参考查找表内插由行存储单元提供的水平变换信号一个周期，借以通过重复地输出线性内插的数据进行垂直变换；以及帧存储单元，用于存储由垂直变换单元变换的垂直与水平变换信号，并用于转换垂直与水平变换信号的垂直与水平的频率。
按照本发明的目的，提供一种方法，包括以下步骤：以预定间隔采样每个原始彩色信号，并把采样的信号转换成数字信号；把通过模-数转换单元转换的数字信号转换成亮度信号和色调信号；响应图像尺寸的转换通过参考具有线性内插系数的查找表线性内插亮度和色调信号一个周期，并通过重复地使用线性内插数据进行水平变换；通过参考查找表垂直地变换水平变换的信号；并在帧存储单元中存储垂直与水平变换的信号，并转换垂直与水平变换的信号的垂直与水平频率。
附图说明
参考下面结合附图进行的详细说明，能更充分理解本发明的特性和目的其中：
图1表示用于说明按照本发明的图像格式转换装置的方框图；
图2表示用于说明按照本发明的图像格式转换方法的图；
图3表示用于说明按照本发明的图像格式的线性内插的图；以及
图4表示图1所示的水平变换单元的时间图。
具体实施方式
现在参照附图详细说明本发明的最佳实施例。
在所有附图中，为了简化说明起见，相同或等效的部件或部分使用相同的标号和名称，并省略其详细说明。
如图1所示，按照本发明，图像格式转换装置包括模-数转换单元10；彩色空间(color-space)转换单元20，存储单元40，水平变换单元60，行存储单元80，垂直变换单元100，和帧存储单元120。
模-数转换单元10用于以预定间隔采样原始的彩色信号，并把采样的信号转换成数字信号输出。
彩色-空间转换单元20把模-数转换单元10的数字信号转换成亮度信号Y和色调信号U与V并输出。
存储单元40具有表示响应图像尺寸的转换而转换的线性内插系数的查找表。
水平变换单元(scaling unit)60响应图像尺寸的转换通过参考存储单元40的查找表线性地内插亮度信号Y和色调(color tone)信号U与V一个周期，并通过将其重复地输出，水平地变换线性内插的结果。
行存储单元80用于暂时地存储由水平变换单元60水平变换的信号。
垂直变换单元100用于响应图像尺寸的转换通过参考查找表线性内插由行存储单元80提供的水平变换信号一个周期，借以通过重复地输出线性内插的数据进行垂直变换。
帧存储单元120用于存储由垂直变换单元100提供的垂直与水平变换信号，并转换垂直与水平变换信号的垂直与水平频率。
同时，图1中的标号140表示显示控制单元，用于放大按比例缩小的图像，标号160表示彩色-空间逆转换单元，用于把亮度信号Y和色调信号U与V变换成原始的数字彩色信号，标号180表示数-模转换单元，用于把原始数字彩色信号变换成原始模拟彩色信号R2/Y，和G2/U以及B2/V。
数-模转换单元180包括第一，第二和第三数-模变换器DAC1，DAC2，和DAC3。
现在按照特定实施例说明这种构成装置的操作。
参看图1，按照本发明，视频信号中的原始彩色信号R1，G1，和B1被输入到模-数转换单元10，模-数转换单元10用于以预定间隔通过第一，第二，第三模-数转换器ADC1，ADC2，ADC3对每个原始信号R1，G1，B1进行采样，并把采样的信号转换成数字信号以输出给彩色-空间转换单元20。
然后，彩色-空间转换单元20把由模-数转换单元10提供的数字信号转换成亮度信号Y和色调信号U与V并输出这些信号。
因而，采样数可以减少一半，并可以减少用于色调信号的计算量，并且用于存储器的硬件规模也可以减少一半。
同时，存储单元40具有查找表，其由按照图像尺寸变换而转换的线性内插系数K/L表示。
这种存储单元40可以由ROM(只读存储器)实现。
按照本发明的实施例的水平变换单元60用于按照图像尺寸的变换通过参考存储单元40的查找表线性地内插亮度信号和色调信号一个周期，并通过将其重复的输出，以使水平地变换线性内插的输出。
作为水平变换单元60的输出信号的水平变换信号被交替地传送到包括在行存储单元80中的两个行存储器用于暂时存储数据。
垂直变换单元100用于按照图像尺寸的变换，通过参考存储单元40的查找表与水平变换单元60一样线性内插由行存储单元80提供的水平变换信号一个周期，并重复地输出线性内插的输出，从而使其进行垂直变换。
作为垂直变换单元100的输出信号的垂直变换信号被存储在帧存储单元120中。
帧存储单元120用于存储由垂直变换单元100提供的垂直与水平变换的信号并变换垂直与水平变换信号的垂直与水平频率。
这种以预定尺寸按比例缩小的图像通过显示控制单元140、彩色-空间逆转换单元160和数-模转换单元180被转换为格式转换的图像。
图2表示按照本发明用于变换图像格式的方法。
如图2所示，只沿水平方向转换的图像格式是一种简单的变换。
该图表示对于亮度信号Y和色调信号U与V的行进行按比例缩小的图像的前和后的周期和位置。
图2还表示按照5比3的比例按比例缩小的图像。
如图2所示，图中分别说明a)m(0)等于n(0)，b)按照线性内插m(1)等于n(1)+{n(2)-n(1)}×2/3，c)m(2)等于n(3)+{n(4)-n(3)}×1/3，以及d)当n＝1和n＝3时没有采样输出。
因而，例如在b)和c)中表示为2/3和1/3的线性内插系数以及在d)中表示为1和3例如n值按照其周期被重复地提供，从而提前计算这些值并被提供给存储单元40查找表。
图3说明按照本发明的图像格式的线性内插。
参看该图，水平变换单元60和垂直变换单元100通过参考在查找表中提供的用于进行可变系数的线性内插的线性内插系数，根据以下公式用于计算和输入序列相比较的输出序列的空间位置：
X(τ，k)＝a+(b-a)K/L，(K＝1，2，……L-1)
其中，a是一周期内的初始采样值，b是一周期内的最终采样值，K/L是线性内插系数，K是mXM/L的余数值，(m：输出序列，L：内插系数，M：分样系数)。
图4是用于说明由图1所示的水平变换单元进行的4比3的图像格式转换的时间图，其中n＝2。
如图4所示，彩色-空间转换单元20在有效的视频块内用于在象素时钟(CLK)的边沿同步并用于将作为被转换的亮度信号和色调信号的图像采样Y，U和V向水平变换单元60传送。
在图4中，Y2代表Y1的延迟值，空格表示没有输出采样。
字母“A”表示输入序列的周期，B表示存储单元40的地址，R表示由存储单元40计算的线性内插系数，L代表由Y1，Y2和R计算的输出采样，字母“M”表示用于存储输出采样的行存储器的地址。
按照本发明转换图像格式的方法用于实现硬件时，硬件具有2抽头滤波器的结构，该滤波器具有非常数系数的可变系数，其计算量被显著地减少，这是因为，通过进行一次乘和两次加便可以计算一个输出采样，并且两个用于水平方向的电阻和两个用于垂直方向的行存储器可用于计算并足以完成这些计算。
由上述可见，本发明的优点在于，在一个周期内的输出序列的空间位置可以通过使用输入输出序列的空间位置的周期性被提前计算，因而通过重复地应用计算的输出，计算量和硬件的规模可以被减小，并在转换图像格式时保持高质量的图像。

Claims (7)

1.一种用于在视频信号处理系统中转换图像格式的装置，包括：
模-数转换单元，用于以预定间隔采样每个原始的彩色信号，并把采样的信号转换成数字信号，从而输出转换的数字信号；
彩色-空间转换单元，用于把模-数转换单元的数字信号转换为亮度信号和色调信号并输出这些转换的信号；
存储单元，用于存储表示响应图像尺寸的转换而转换的线性内插系数的一个查找表；
水平变换单元，用于响应图像尺寸的转换通过参考存储单元的查找表线性地内插亮度信号和色调信号一个周期，并用于通过重复地输出线性内插的输出以进行水平转换；
行存储单元，用于暂时存储由水平变换单元水平地转换的信号；
垂直变换单元，用于响应图像尺寸的转换通过参考查找表内插由行存储单元提供的水平变换信号一个周期，借以通过重复地输出线性内插的数据以进行垂直变换；以及
帧存储单元，用于存储由垂直变换单元提供的垂直与水平变换的信号，并用于转换垂直与水平变换信号的垂直与水平的频率。
2.如权利要求1所述的用于在视频信号处理系统中转换图像格式的装置，其中，模-数转换单元包括第一模-数转换器，用于把输入的原始彩色信号转换成数字信号，第二模-数转换器，和第三模-数转换器。
3.如权利要求1所述的用于在视频信号处理系统中转换图像格式的装置，其中，垂直变换单元根据下式通过参考在查找表中提供的线性内插系数用于进行可变系数的线性内插计算输出序列的空间位置：
X(τ，k)＝a+(b-a)K/L，其中K＝1，2，……L-1
其中，a是一周期内的初始采样值，b是一周期内的最终采样值，K/L是线性内插系数，K是mXM/L的余数值，m为输出序列，L为内插系数，M为分样系数。
4.如权利要求1所述的用于在视频信号处理系统中转换图像格式的装置，其中，水平变换单元根据下式通过参考在查找表中提供的线性内插系数用于进行可变系数的线性内插计算输出序列的空间位置：
X(τ，k)＝a+(b-a)K/L，其中K＝1，2，……L-1
其中，a是一周期内的初始采样值，b是一周期内的最终采样值，K/L是线性内插系数，K是mXM/L的余数值，m为输出序列，L为内插系数，M为分样系数。
5.一种用于在视频信号处理系统中转换图像格式的方法，包括以下步骤：
以预定间隔采样每个原始彩色信号，并把采样的信号转换成数字信号；
把通过模-数转换单元转换的数字信号转换成亮度信号和色调信号；
响应图像尺寸的转换通过参考具有线性内插系数的查找表线性内插亮度和色调信号一个周期，并通过重复地使用线性内插数据进行水平变换；
通过参考查找表垂直地变换水平变换的信号；以及
在帧存储单元中存储垂直与水平变换的信号，并转换垂直与水平变换信号的垂直与水平频率。
6.如权利要求5所述的用于在视频信号处理系统中转换图像格式的方法，其中，水平转换步骤根据下式通过参考在查找表中提供的线性内插系数用于进行可变系数的线性内插计算输出序列的空间位置：
X(τ，k)＝a+(b-a)K/L，其中K＝1，2，……L-1
其中，a是一周期内的初始采样值，b是一周期内的最终采样值，K/L是线性内插系数，K是mXM/L的余数值，m为输出序列，L为内插系数，M为分样系数。
7.如权利要求5所述的用于在视频信号处理系统中转换图像格式的方法，其中，垂直转换步骤根据下式通过参考在查找表中提供的线性内插系数用于进行可变系数的线性内插计算输出序列的空间位置：
X(τ，k)＝a+(b-a)K/L，其中K＝1，2，……L-1
其中，a是一周期内的初始采样值，b是一周期内的最终采样值，K/L是线性内插系数，K是mXM/L的余数值，m为输出序列，L为内插系数，M为分样系数。
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