CN1100442C - 用于格式变换的像素的插值方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种利用相邻的两个以上的行线的像素数据的像素插值方法及其装置。Δ1为水平比，Δ2为垂直比时，在插值位置利用相邻的2个行线以上的8个像素时，最终的插值信号I由下式给出：I1＝(1-Δ1)·(1-Δ2)A1+(1-Δ1)·Δ2A2+Δ1·(1-Δ2)A3+Δ1Δ2A4；I2＝(1-Δ1)·(1-Δ2)B1+(1-Δ1)·Δ2B2+Δ1·(1-Δ2)B3+Δ1Δ2B4；I＝αI1+(1-α)I2。据此，与利用2个像素的方法比因采用了更多数量的像素故可防止画质的下降。

Description

用于格式变换的像素的插 值方法及其装置
                   发明领域
本发明涉及用于格式变换的像素的插值方法及其装置，更详细地涉及为了防止因格式变换引起画像质量变差而使用相邻两线以上的像素数据的插值方法及其装置。
                   背景技术
在电视领域，随着数字技术的引入，提供高画质的图像的下世纪电视系统正开发出来，这类下世纪电视系统分别提供各自固有的格式。使用现有的NTSC制式的电视接收机的消费者为了接收传送多种格式的下世纪电视的节目，必须进行格式变换，其中，构成画面数据的纵横比的输入与输出格式通过空间变换可被变换为另一格式，
例如，为了把1440H×1080V的画面变换为1280H×720V的画面，需要分别有水平和垂直变换比率9∶8和3∶2。所谓的空间变换，是指在特定位置上用具有空间位置关系的像素的图像信号插值，从而生成该特定位置的像素数据。
作为用于格式变换的现有的像素的插值方法，有一种是使用相邻的两个像素的数据。图1为说明现有的插值方法的概念图，若根据图1来说明
现有技术则如下所述。
现有的插值方法使用相邻两个像素，从新的格式的像素的中心位置确定各像素离开的距离，更具体而言，与距离成反比地反映各像素的数据。
在图1中，A1、A2、A3、A4是变换前的格式的像素中心，I1、I2、I3是新的格式的像素中心，为了生成I1数据，使用相邻两个像素A1、A2的数据进行插值。通过从I1到A1的距离与从I1到A2的距离略成反比地插值，则I1数据便为1/4A1+3/4A2。I2到与其相邻的A2和A3的距离相同，所以I2数据便为1/2A2+1/2A3。通过从I3到与其相邻的A3和A4的距离成反比地进行插值，则I3数据为3/4A3+1/4A4。
但是，现有技术的插值方法因只使用两个像素，所以表现高画质是有限的。
                 发明内容
因此，本发明的目的是提供如下一种用于格式变换的像素的插值方法及其装置，该方法是一种使用两线以上的像素数据的双线性方法，可以提供格式变换时高画质的图像。
为了实现上述本发明的目的，用于格式变换的图像信号的像素的插值装置包括以下几部分：将输入的图像信号延迟1个行线输出的行线延迟部；具有延迟元件的第一延迟部，该延迟元件由上述行线延迟部输入延迟了一个行线的图像信号，在每个台阶延迟一个时钟；具有延迟元件的第二延迟部，该延迟元件使输入的图像信号的每个台阶被延迟一个时钟；ROM，存储由格式变换的水平比与垂直比算出的插值系数，根据格式信息输出插值系数；第一插值部，从在所述第一延迟部第二延迟部的每个台阶延迟的信号中与插值位置邻接的第一区域内的信号和由上述ROM输出的插值系数来求出第一插值信号；第二插值部，从在上述第一延迟部、第二延迟部的台阶被延迟后的信号中与插值位置邻接的第二区域内的信号和由上述ROM输出的插值系数来求出第二插值信号；插值信号结合部，根据输入的结合系数将由上述第一插值部求出的第一插值信号和由第二插值部求出的第二插值信号线性结合而输出最终的插值信号。
而且，为了实现本发明的上述目的，用于格式变换的图像信号的像素插值方法包括以下几个阶段：第一阶段，存储由格式变换的水平比和垂直比算出的插值系数，根据格式信息求出插值系数；第二阶段，从输入的图像信号的位于相邻位置的两线以上的像素中第一区域内的像素和由上述第一阶段产生的插值系数求出第一插值信号；第三阶段，从输入的图像信号的位于相邻位置的两线以上的像素中第二区域内的像素和由上述第一阶段产生的插值系数求出第二插值信号；第四阶段，根据结合系数将上述第一插值信号和第二插值信号线性结合而求出最终的插值信号。
                      附图说明
下面根据附图详细说明本发明的理想的一个实施例。
图1为说明现有的插值方法的概念图；
图2为说明本发明的插值方法的概念图；
图3A、3B为本发明的一个实施例的插值装置的结构图；
图4为说明本发明的插值装置的输入与输出间的水平·垂直比的概念图。
                     具体实施方式
图2为本发明的插值方法的概念图，在图2中，插值像素I是由新的格式得到的像素，A1～A4、B1～B4、C1～C4是由变换前的格式得到的像素。Δ1表示插值像素I与邻接的垂直线的距离比，Δ1是与左侧邻接的垂直线的距离比，1-Δ1是与右侧邻接的垂直线的距离比。Δ2表示与插值像素I邻接的水平行线的距离比，Δ2是与上侧邻接的行线的距离比，1-Δ2为与下侧邻接的水平行线的距离比。
本发明的像素点的插值是通过与相邻像素的插值像素的距离比成反比例地反映像素数据来进行。
首先说明采用了四个像素的插值。
插值是使用与插值像素I相邻的两个水平行线上的四个像素A1、A2、A3、A4以下面方式进行。
I＝(1-Δ1)·(1-Δ2)A1+(1-Δ1)·Δ2A2+Δ1·(1-Δ2)A3+
Δ1Δ2A4
使用了八个像素的插值是使用了与插值像素I邻接的两个水平行线上的A1～A4和B1～B4的双线性插值，由邻接的四个像素A1～A4分别求出中间插值像素I1、使用了B1～B4的另一个中间插值像素I2后，利用中间插值像素I1及I2求出最终的插值像素I。
I1＝(1-Δ1)·(1-Δ2)A1+(1-Δ1)·Δ2A2+Δ1·(1-Δ2)A3+
Δ1·Δ2A4
I2＝(1-Δ1)(1-Δ2)B1+(1-Δ1)·Δ2B2+Δ1·(1-Δ2)B3+
Δ1Δ2B4
I＝αI1+(1-α)I2
在此，α为由反映中间插值像素I1和I2的比率中选择比1小的数。
使用了12个像素的插值是利用与插值像素I邻接的两个垂直行线和两个水平行线上的A1～A4、B1～B4、C1～C4的双线性插值。
从邻接的四个像素A1～A4求出中间插值像素I1、使用B1～B4求出中间插值像素I2，使用C1～C4求出中间插值像素I3后，再利用中间插值像素I1、I2、I3求出最终的中间插值像素I。
I1＝(1-Δ1)·(1-Δ2)A1+(1-Δ1)·Δ2A2+Δ1·(1-Δ2)A3+
Δ1Δ2A4
I2＝(1-Δ1)·(1-Δ2)B1+(1-Δ1)·Δ2B2+Δ1·(1-Δ2)B3+
Δ1Δ2B4
I3＝(1-Δ1)·(1-Δ2)C1+(1-Δ1)·Δ2C2+Δ1·(1-Δ2)C3+
Δ1Δ2C4
I＝αI1+(1-α)(I2+I3)/2
图3为利用了八个像素的本发明的插值装置的一个实施例的构成图。
如图所示，本发明的插值装置具有将输入的图像信号以行线为单位存储的第一行线存储器31和将从第一行线存储器31输出的图像信号延迟1H单位输出的行线延迟部32。行线延迟部32的输出供给由多个延迟元件D1～D4构成的第一延迟部33。第一行线存储器31的输出也供给由多个延迟元件D5～D8构成的第二延迟部34。而且，本发明的插值装置具有存储由格式信息确定的插值系数的ROM35。从A1～A4的像素数据计算中间插值像素I1的第一插值部36由乘法器361～364及加法器365构成，所述乘法器将从延迟元件D2、D3、D6、D7延迟的像素数据与从ROM35输入的插值系数相乘；所述加法器将上述乘法器361～364的输出相加。由B1～B4的像素数据计算中间插值像素I2的第二插值部37由乘法器371～374和加法器375构成，所述乘法器将从延迟元件D1、D4、D5、D8延迟的像素数据与从ROM35输入的插值系数相乘；所述加法器将上述乘法器371～374的输出相加。由中间插值像素I1及I2算出最终插值像素I的插值信号结合部38由乘法器381、382和加法器383构成，所述乘法器由结合系数α将各插值像素I1及I2结合；所述加法器将上述乘法器381、382的输出相加。插值信号结合部38与存储有最终的插值信号I的第二行线存储器39相连。从第一行线存储器31读出数据和向第二行线存储器39的写入由存储器控制部40控制。
下面详细说明如上结构的本发明的插值装置的动作。
作为具体的一例，就从画面的横纵比为1440H×1080V的格式变换为1280H×720V的格式时的插值进行说明，这种情况下，应将水平方向按9∶8、垂直方向按3∶2的比率将数据压缩。上述数据压缩比在本发明的插值装置中构成水平和垂直方向的输入输出比。图4为在这种情况下说明本发明的插值装置的输入和输出之间的水平、垂直比的概念图，在图4中，“⊙”表示的像素是输入和输出一致的像素，“○”表示的像素是输入像素，“●”表示的像素是输出像素。如图所示，输入像素对于输出像素的垂直行线的距离比Δ1为1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8，输入像素对于输出像素的水平行线的距离比Δ2为1/2。
输入图像信号存储于第一行线存储器31，第一行线存储器31根据由存储器控制部40施加的读出使能信号R-EN输出存储的数据，由第一行线存储器31输出的数据输入到行线延迟部32和第二延迟部34，行线延迟部32把输入的信号延迟一个水平行线(1H)，延迟了1H的信号输入到第一延迟部33。
第一延迟部33通过延迟元件D1～D4将延迟了1H的信号顺序延迟一个时钟，第二延迟部34通过延迟元件D5～D8将输入的信号顺序延迟一个时钟。若再参照图2说明，由第一延迟部33延迟的信号是第n2行线的像素B1、A1、A3、B3，由第二延迟部件34延迟的信号是第n2+1行线的像素B2、A2、A4、B4。
第一插值部36将由第一延迟部33和第二延迟部34的延迟元件延迟后的信号中位于应插值位置周围的第一区域的四个像素A1～A4在乘法器361～364与从ROM35输出的插值系数相乘后，由加法器365将其乘积相加。第二插值部37将由第一延迟部33和第二延迟部34的延迟元件延迟后的信号中位于应插值位置周围的第二区的四个像素B1～B4在乘法器371～374与从ROM35输出的插值系数相乘后，由加法器375将其相乘之积相加。
ROM35将根据由格式变换决定的输入输出比算出的系数作为表储备，将由输入信号的格式信息确定的插值系数输出给各乘法器361～364、371～374。
在插值信号结合部38将由第一插值部36及第二插值部37插值的信号I1、I2通过结合系数α结合，即，乘法器381将从第一插值部37输出的信号乘以结合系数α，乘法器382将从第二插值部37输出的信号乘以1-α，将上述两个乘法器输出的信号由加法器383相加。具有0到1的值的结合系数α通过实验来确定一个适当的值。
第二行线存储器39存储从插值信号结合部38的加法器383输出的最终插值信号时，根据从存储器控制部42输入的写使能信号W-EN，将数据压缩存储。
根据上述的动作，如图3所示的本发明的插值装置，输入八个像素A1～A4，B1～B4，得到中间插值信号I1、I2，输出最终的插值信号I。
如上所述，本发明与利用两个像素的现有的插值方法比通过利用更多个像素的插值方法可以防止画质变差。

Claims (12)

1、一种用于格式变换的像素的插值装置，用于格式变换时对图像信号的像素进行插值，包括行线延迟部，将输入的图像信号延迟一个行线输出；
第一延迟部，具有输入在所述行线延迟部延迟后的信号，在每个台阶各延迟一个时钟的延迟元件；
第二延迟部，具有将输入的图像信号在每个台阶各延迟一个时钟的延迟元件；
ROM，存储根据由格式变换得到的水平比和垂直比算出的插值系数，输出由格式信息得到的插值系数；
第一插值部，从在所述第一延迟部、第二延迟部的各台阶被延迟的信号中与插值位置邻接的第一区域内的信号和由上述ROM输出的插值系数求出第一插值信号；
第二插值部，从在所述第一延迟部、第二延迟部的各台阶被延迟后的信号中与插值位置邻接的第二区域内的信号和由所述ROM输出的插值系数求出第二插值信号；
插值信号结合部，根据输入的结合系数将由所述第一插值部求出的所述第一插值信号和由所述第二插值部求出的第二插值信号线性结合而输出最终的插值信号。
2、如权利要求1所述的用于格式变换的像素的插值装置，其特征在于，上述插值装置还包括：
第一行线存储器，将所述输入的图像信号以行线为单位存储，根据读出使能信号输出所存储的数据；
第二行线存储器，存储从所述插值信号结合部输出的最终的插值信号，根据写使能信号将数据压缩存储；
存储器控制部，输出所述第一行线存储器的读使能信号和第二行线存储器的写使能信号。
3、如权利要求1所述的用于格式变换的像素的插值装置，其特征在于，所述第一插值部包括：乘法器，将在所述第一延迟部和所述第二延迟部的台阶被延迟的信号中与插值位置邻接的第一区的像素，与从所述ROM产生的插值系数相乘；
加法器，将由所述各乘法器输出的信号相加。
4、如权利要求2所述的用于格式变换的像素的插值装置，其特征在于，所述第二插值部包括：乘法器，将在所述第一延迟部和所述第二延迟部的台阶被延迟的信号中除去所述第一插值部所使用的信号后得到的第二区的像素与从所述ROM产生的插值系数相乘；
加法器，将从所述各乘法器输出的信号相加。
5、如权利要求1所述的用于格式变换的像素的插值装置，其特征在于，所述插值信号结合部包括：
将由所述第一插值部输出的第一插值信号与结合系数相乘的乘法器；
将由所述第二插值部输出的第二插值信号与1和结合系数之间的差值相乘的乘法器；
将上述各乘法器输出的信号相加的加法器；
其中所述结合系数在0和1之间取值。
6、一种用于格式变换的像素的插值方法，用于对格式变换时的图像信号的像素进行插值，其特征在于，包括以下几个阶段：
第一阶段，存储根据由格式变换得到的水平比和垂直比算出的插值系数，求出根据格式信息得到的插值系数；
第二阶段，从位于输入的图像信号相邻接的两个行线以上位置的像素中第一区的像素，和在所述第一阶段产生的插值系数求出第一插值系数；
第三阶段，从位于输入的图像信号相邻接的两个行线以上位置的像素中第二区的像素，和在所述第一阶段产生的插值系数求出第二插值信号；
第四阶段，根据结合系数将所述第一插值信号和第二插值信号线性结合求出最终的插值信号。
7、如权利要求6所述的用于格式变换的像素的插值方法，其特征在于，上述第一阶段将根据格式变换得到的水平比Δ1和垂直比Δ2求出的(1-Δ1)·(1-Δ2)、(1-Δ1)·Δ2、Δ1·(1-Δ2)、Δ1·Δ2作为插值系数存储，根据格式信息将所述插值系数输出。
8、如权利要求7所述的用于格式变换的像素的插值方法，其特征在于，所述第二阶段利用相邻的两个行线以上像素中与插值位置最邻近的四个像素(A1～A4)以下式求出第一插值信号I1：
I1＝(1-Δ1)·(1-Δ2)A1+(1-Δ1)·Δ2A2+Δ1·(1-Δ2)A3+
Δ1Δ2A4
9、如权利要求8所述的用于格式变换的像素的插值方法，其特征在于，所述第二阶段利用相邻的两个行线以上像素中与插值位置第二邻近的四个像素(B1～B4)，以下式求出第二插值信号I2：
I2＝(1-Δ1)·(1-Δ2)B1+(1-Δ1)·Δ2B2+Δ1·(1-Δ2)B3+Δ1Δ2B4
10、如权利要求9所述的用于格式变换的像素的插值方法，其特征在于，所述第三阶段若结合系数为α则以下式求出最终的插值信号I：
I＝αI1+(1-α)I2
11、如权利要求9所述的用于格式变换的像素的插值方法，其特征在于，所述方法在所述第二阶段后还包括下面的阶段：
利用位于相邻的两个行线以上位置的像素中在插值位置第二邻近的另外四个像素(C1～C4)，以下式求出第三插值信号I3：
I3＝(1-Δ1)·(1-Δ2)·C1+(1-Δ1)·Δ2C2+Δ1·(1-Δ2)C3+
Δ1Δ2C4
12、如权利要求11所述的用于格式变换的像素的插值方法，其特征在于，所述第三阶段若结合系数为α时以下式求出最终的插值信号I：
I＝αI1+(1-α)(I2+I3)/2
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