CN1163070C - 利用内插相位动态计算的场频或帧频转换方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种利用内插相位的动态计算的场频或帧频转换方法和装置。该方法的特征在于：在接收到输入信号的同步信号S1后存储写指针P_W的位置以提供P_{W_IN}值，在接收到输出信号的同步信号S2后存储写指针P_W的位置以提供P_{W_OUT}值，动态地计算内插相位α(12，13，14，15)使得

或着

ΔP_{W_FIELD}是存储输入信号的场或帧所需要的存储器数量，N_CAP是按照场或帧的数量表达的存储器(8)的容量，以及按照该值进行相位内插(20)。

Description

利用内插相位动态计算的场频 或帧频转换方法和装置

技术领域

本发明涉及一种利用内插相位的动态计算的视频信号的频率转换方法和装置。

背景技术

已经使用了其他的公知的频率转换装置用于标准的转换，例如一个PAL或SECAM的50Hz信号转换成NTSC的60Hz的信号。它们也被利用来增加电视接收机的扫描频率，典型的是从50Hz到100Hz，目的是通过降低大面积的闪烁，改善图像质量。

在一般的情况下，信号要转换的频率和转换的信号的频率是预先知道的。内插处理存在于建立在被转换的输入信号两个参考场之间的中间场时。这一处理用图解法表示在附图1中。

场1和2分别对应于输入视频信号序列的在前的参考场和这一序列的下一个参考场。

场3是要建立的中间场。在由一个相应于内插相位的值α定义的瞬间，这一场暂时位于前一场和下一场之间。

如果t_prev和t_next相应于前一场和下一场的时刻，将被内插的中间场的时刻t_interp就是：

T_interp＝t_prev+α(t_next-t_prev)

       ＝t_next-(1-α)(t_next-t_prev)

在公知的方法中，内插处理能够要求利用有限冲激响应时空滤波器进行线性滤波，或要求运动补偿内插。

所用处理方法需要知道要内插的每一场的内插相位。

当输入或输出信号不在标准定义的其频率范围内时，必须设计专用于这些信号，特别是它们的扫描频率特性的转换装置。这一特殊设计自然产生高成本。此外，信号扫描特性的变化造成这样的装置不可利用，或者，至少要求其他的人工干预使它与修改后的一个信号或多个信号兼容，或者有专用于这些新的特性的特定电路存在。

发明内容

本发明的目的是克服上述的缺点。

为此目的，本发明涉及一种利用内插相位的动态计算的场频或帧频转换方法，将由同步信号S1定义的频率为F1的输入视频信号转换为由同步信号S2定义的可变频率为F2的输出视频信号，该方法包括根据写指针P_{W_IN}写入输入信号到存储器，和从存储器中读出写入的信号以获得输出信号，其特征在于，在接收到同步信号S1后存储写指针P_W的位置，以提供一个值P_{W_IN}，在接收到同步信号S2后存储写指针P_W的位置，以提供一个值P_{W_OUT}，按下式动态计算的内插相位α：

当P_{W_OUT}≥P_{W_IN}时

$\mathrm{\α}=\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}-P_{W\_\mathrm{IN}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$

或者

当P_{W_OUT}＜P_{W_IN}时

$\mathrm{\α}=\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}+N_{\mathrm{CAP}}\·\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}-P_{W\_\mathrm{IN}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$

其中ΔP_{W_FIELD}是存储输入信号的场或帧所需要的存储器数量，N_CAP是按照场或帧的数量表达的存储器的容量，

以及按照内插相位α的值进行相位内插。

依照一个具体的特征，将三个或四个连续的场或帧同时存储在一个存储器中，在算出的内插相位的基础上，一旦接收用来计算内插相位的信号S2，对前述的被存储的场或帧执行内插。

依照另一个特性，内插相位的计算考虑相应于在有效的视频信号之前的消隐信号的场或帧持续时间，写指针的移动。

本发明还涉及一种动态的频率转换装置，用来将一个由同步信号S1定义的在频率F1上的输入信号转换为由接收到同步信号S2定义的在频率F2上的输出信号，它包括一个存储器，用根据写指针P_W而写入输入信号；一个内插电路，从存储器接收输出信号，用于读访问一先前的场或帧T1和读访问下一场或帧T2，其特征在于它还包括：

第一存储电路，在接收信号S1后存储指针P_W以提供一个值P_{W_IN}，

第二存储电路，在接收信号S2后存储指针P_W以提供一个值P_{W_OUT}，

计算电路，按照下式计算内插相位，

当P_{W_OUT}≥P_{W_IN}时

$\mathrm{\α}=\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}-P_{W\_\mathrm{IN}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$

或者

当P_{W_OUT}＜P_{W_IN}时

$\mathrm{\α}=\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}+N_{\mathrm{CAP}}\·\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}-P_{W\_\mathrm{IN}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$

其中ΔP_{W_FIELD}是存储输入信号的场或帧所需要的存储器数量，N_CAP是按照场或帧的数量表达的存储器的容量，

并且内插电路与计算电路耦合，以便接收内插相位，作为内插相位的函数计算内插的场或帧。

依靠本发明，当输出信号的扫描频率预先不可知时，本方法自动计算相应于产生的输出信号的内插相位。

获得的装置至少在宽频率范围内，与任何类型的输出信号兼容。该装置实现简单并且便宜。这使提供可调整的扫描频率设备成为可能，比如PC型个人电脑的监视器。

附图说明

本发明的特征和优点，通过接下来的实施例的描述并参照以下附图将会更加明显：

图1表示场内插，

图2示意性地表示频率转换装置的方框图，

图3详细地表示频率转换装置，

图4表示场消隐时间间隔。

具体实施方式

实现该处理的场频率转换装置概略的表现在图2中。

输入视频信号“视频输入”传送给存储器接口电路4。一个水平和垂直同步信号H/V_{SYNC_IN}与这一信号一起传送；一个脉冲指示一个新的扫描行(水平同步)或一个新的场(垂直同步)的开始。

视频信息由涉及每一个像素的视频信号传送，一个视频行包括像素的序列，一场包括行的序列。一个RAM动态视频存储器5存储通过存储器接口4传送的连续的地址数字数据。存储器容量至少能够存储两个连续的场。这两场是称作为前一场和下一场的参考场。

输出视频信号“视频输出”与由转换装置供给信号的设备产生的并相应于想得到的扫描频率的同步信号V_{SYNC_OUT}同步。存储在RAM 5中的视频信号通过存储器接口6传送到内插电路7。

此，内插电路7接收信号V_{SYNC_OUT}，基于此计算内插的帧。假定预先不知道输入信号和输出信号的频率比，动态计算内插相位。所以，内插电路以与输入信号异步的方式操作，并由被提供有输出视频信号的设备产生的同步信号V_{SYNC_OUT}控制，例如，当有TV→PC变换器的情况下，由一个PC型计算机监视器的图形卡产生。

图3更详细表现了频率转换装置的实施例。

输入到该装置中的视频信息存储在存储器8中。这个存储器有4场的容量，并依靠双倍的读存取，使存取2个完全连续的场成为可能，以便实现内插。这能够避免同步化、从存储器中读出的场然后成为全部存储在这一存储器中的最后一场的问题。这是一个例子，并且存储器容量当然可以更低，例如3场或不到3场，如果在存满之前开始读出一场，这将要求对指针的管理的预防措施。

内插在场T1和紧跟着的场T2之间完成。

垂直同步信号V_{SYNC_IN}在下文中称为S1，可用在每一个输入场中。每四个脉冲中有一个脉冲传送到写地址计数器9的复位输入端(复位)，这成为信号V_{SYNC_IN/4}。这个计数器的输出连接到存储器8的地址输入端。它也传送到寄存器REG.IN 10和寄存器REG.OUT 11的输入端。

寄存器REG.IN存储写指针的值，那就是说在收到寄存器的时钟输入上传送的输入垂直同步信号V_{SYNC_IN}时，在地址总线上出现地址P_{W_IN}。

寄存器REG.OUT存储写指针的值，在收到寄存器的时钟输入上传送的输出垂直同步信号V_{SYNC_OUT}时，在地址总线上出现地址P_{W_OUT}。这一信号V_{SYNC_OUT}也称为S2。

减法器12接收由寄存器10和11提供的数据P_{W_IN}和P_{W_OUT}。它的输出(P_{W_OUT}-P_{W_IN})被标记为信号SGN并传送到多路复用器13的控制输入端和乘法器14的输入端。多路复用器13接收一个零输入和一个等于常量N_CAP的输入，它作为场的数量来表示存储器8的容量。这个多路复用器由信号SGN驱动，用这样的方式，如果(P_{W_OUT}-P_{W_IN})≥0，它的输出被设置为0值，如果(P_{W_OUT}-P_{W_IN})＜0，它的输出被设置为值N_CAP。乘法器14有另一个输入端接收一个等于1/ΔP_{W_FIELD}的K值，它的输出传送到加法器15的输入端。加法器的第二个输入由多路复用器13的输出产生。从加法器15输出的信号的值代表α的值，其对应取决于信号SGN的正负号的表达式K(P_{W_OUT}-P_{W_IN})或者K(P_{W_OUT}-P_{W_IN})+N_CAP。经过一个延迟电路17后，这一信号被发送到内插器20。

从寄存器REG.OUT 11产生的信息P_{W_OUT}，也发送到存储和计算电路16。这一电路存储指针P_{W_OUT}的最后一个值。在它的两个输出端，它提供一个第一装载值“装载1”和一个第二装载值“装载2”。这些装载值随每一个输出场而改变。它们是不同相位的一场。

接收到输入信号(V_{SYNC_IN})的垂直同步脉冲和输出信号(V_{SYNC_OUT})的垂直同步脉冲后，存储器8的写指针被记录。相应的信息P_{W_IN}和P_{W_OUT}分别表示记录在存储器中的当前场的起始地址和在接收到输出信号的同步脉冲的时刻指针P_W的值，触发新内插输出场的计算。

设t_prev和t_next是接收到前一个和下一个参考场的时刻，也就是说接收到这些场的同步信号的时刻，这些场被用来进行内插场的计算。设t_interp是内插场的时间位置。

依照图1，得出：

$\mathrm{\α}=\frac{t_{\mathrm{interp}}-t_{\mathrm{prev}}}{t_{\mathrm{next}}-t_{\mathrm{prev}}}$

如果b是输入的相应于输入视频信号的字的存储器8的比特率，视频信号通常是亮度信号，并且如果ΔP_{W_FIELD}是存储一个输入场所需要的存储器数量，通过P_{W_OUT}和P_{W_IN}的定义，得出：

b(t_interp-t_prev)＝P_{W_OUT}-P_{W_IN}

b(t_next-T_prev)＝ΔP_{W_FIELD}

由此推论：

$\mathrm{\α}=\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}-P_{W\_\mathrm{IN}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$

实际中，存储器8的容量N_CAP·ΔP_{W_FIELD}是有限的，输入场循环地写到那里。这样，如果它们的容量是N_CAP＝4场，从地址0用接收到的第一个四场开始填满这些存储器后，写第五场将在地址0开始并因此将重写第一场的内容。在P_{W_OUT}变得小于P_{W_IN}的这一结构中，先前计算α的公式应当作如下修改：

$\mathrm{\α}=\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}+N_{\mathrm{CAP}}\·\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}-P_{W\_\mathrm{IN}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$

P_{W_OUT}-P_{W_IN}由减法器12计算。

如果需要，将要做的修正由加法器15执行。

作为输入传送到乘法器14的常量K是值：

$\frac{1}{\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$

这个值是预先知道的。

加法器15的输出相应于在场同步信号每次到达计算的值α。这一系数α由延迟电路17以能够正确应用到场T1和T2的设置中的方式延迟。

存储和计算电路16计算涉及存储器8的两次取数(访问)的读地址。接收到同步信号V_{SYNC_OUT}后，写指针的值P_{W_OUT}被存储。这一值用来计算读出用于内插的场T1和T2的起始地址。假定四个连续场存储在存储器中，确定哪一个将被读出是必要的，这取决于接收到同步信号V_{SYNC_OUT}时写指针的位置。

如果N是相应于一场的地址数，和如果接收信号S2时指针的值在0和N之间，被读出的第一场T1的装载值将是地址2N，被读出的第二场T2的装载值将是地址3N，相应于最后两场的值装载到存储器中。如果指针的值位于N和2N之间，这表示第二场被存储在存储器8中和场T2的装载值将是地址0。我们因此得出：

$\mathrm{loading}1=N\×\left(\mathrm{integer\; part}\right[\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}}{N}\left]\right)+2N\left(\mathrm{mod}\mathrm{ulo}4N\right)$

场T2则对应于“装载2”的值：

$\mathrm{loading}2=N\×\left(\mathrm{integer\; part}\right[\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}}{N}\left]\right)+3N\left(\mathrm{mod}\mathrm{ulo}4N\right)$

在装载输入上，两个读计数器18和19分别接收由存储和计算电路16产生的输出“装载1”和“2”。计数器的装载确认输入端提供有同步信号V_{SYNC_ OUT}。接收到同步信号V_{SYNC_OUT}后，“装载1”和“装载2”的值被存储。计数器初始化为这些值，并且它们的输出连接到存储器8，根据初始化的值来触发从存储器中读取场T1和T2的视频数据。

读出的视频数据传送到内插器20，它依照公知的方法，例如使用时空线性滤波或运动补偿内插，与参考源场T1和T2有关，作为由α值定义的其时间位置的函数，来执行内插场的计算。

这样计算的视频数据作为从内插器的输出被发送，以便形成该装置的输出信号。

前面的计算采取了输入视频信号的一个连续的数据流。事实上，信号包括在场回扫发生的一个场消隐时间间隔(VBI，代表垂直消隐时间间隔)。

那么可以实现两种解决方案：

-相应于该时间范围VBI，视频信号写入视频存储器，以引起由未利用的信号占用存储器。值P_{W_OUT}-P_{W_IN}事实上表示从接收到当前场开始所经过的时间。

-或者在附图4的帮助下，以在下文中描述的方式，只将视频信号中有效的部分存储，并需要考虑由信号VBI产生的偏移或移动。在图4中时间轴用符号表示。V_SYNC相应于垂直同步信号。视频信号包括对应时间Δt_{VBI_start}的有效视频之前一个场消隐信号VBI(表示垂直消隐时间间隔)，和跟随着有效视频Δt_VBI-end的VBI信号。

让ΔP_{W_VBI_start}和ΔP_{W_VBI_end}是相应于在视频存储器中的写指针的偏移或移动。

ΔP_{W_VBI_start}＝bΔt_{VBI_start}

ΔP_{W_VBI_end}＝bΔt_{VBI_end}

则α的值变成：

$\mathrm{\α}=\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}+\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{VBI}\_\mathrm{start}}-P_{W\_\mathrm{IN}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$

如果P_{W_OUT}+ΔP_{W_VBI_start}≥P_{W_IN}

或者

$\mathrm{\α}=\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}+N_{\mathrm{CAP}}\·\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}+\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{VBI}\_\mathrm{start}}-P_{W\_\mathrm{IN}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$

如果P_{W_OUT}+ΔP_{W_VBI_start}＜P_{W_IN}

如果在VBI间隔期间对一个新的输入场的请求到达，在这些间隔中P_W不会被更新，依据这一请求是否在有效视频前或后的VBI间隔期间到达，可以将α的值舍入为0或1。

关于相应于行回扫的行消隐信号(或水平消隐信号)，它们的持续时间很短，可以被忽略。

以上的推论是关于采用隔行扫描的信号、也就是说关于场得出来的。当然，本发明同样应用于帧，例如，在输入信号对应于逐行扫描信号时。然后被存储的是连续的帧。同样，取决于内插类型的输出信号可以是隔行扫描或逐行扫描类型，这并不脱离本发明的范围。

Claims (5)

1.一种利用内插相位的动态计算进行频率转换的方法，将由同步信号S1定义的频率为F1的输入视频信号转换成由同步信号S2定义的可变频率为F2的输出视频信号，包括根据写指针P_W将输入信号写入存储器(8)和从存储器中读出写入的信号以获得输出信号，其特征在于，在接收到同步信号S1后存储写指针P_W的位置，以便提供一个P_W-IN值，并在接收到同步信号S2后存储写指针P_W的位置，以便提供一个P_W-OUT值；按下式动态地计算内插相位α的值：

当P_{W_OUT}≥P_{W_IN}时 $\mathrm{\α}=\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}-P_{W\_\mathrm{IN}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$

或者

当P_{W_OUT}＜P_{W_IN}时 $\mathrm{\α}=\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}+N_{\mathrm{CAP}}.{\mathrm{\ΔP}}_{W\_\mathrm{FIELD}}-P_{W\_\mathrm{IN}}}{{\mathrm{\ΔP}}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$ 其中ΔP_W-FIELD是存储输入信号的场或帧所需要的存储器数量，N_CAP是按照场或帧的数量表达的存储器(8)的容量；以及

按照内插相位α的值进行相位内插(20)。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于：将三个或四个连续的场或帧存储在存储器(8)中以及根据所述计算的内插相位，在接收到用于内插相位的计算的信号S2后，在接下来存储的场或帧上执行内插。

3.按照权利要求1的方法，其特征在于，内插相位的计算考虑到在有效信号之前的场或帧消隐信号的持续时间所对应的写指针的移动。

4.一种动态频率转换装置，用来将由同步信号S1定义的频率为F1的输入信号转换为由同步信号S2定义的频率为F2的输出信号，包括：视频存储器(8)，用来写入基于写指针P_W的输入信号；内插电路(20)，从存储器(8)接收输出，来读取一场或帧T1，作为第一次访问，跟随着读取下一场或帧T2，作为第二次访问，其特征在于它还包括：

第一存储电路(10)，用来在接收到信号S1后存储指针P_W以便提供P_W-IN值，

第二存储电路(11)，用来在接收到信号S2后存储指针P_W以便提供P_W-OUT值，

计算电路(12，13，14，15)，用来按下式计算内插相位：

当P_{W_OUT}≥P_{W_IN}时 $\mathrm{\α}=\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}-P_{W\_\mathrm{IN}}}{\mathrm{\Δ}{P}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$

或者

当P_{W_OUT}＜P_{W_IN}时 $\mathrm{\α}=\frac{P_{W\_\mathrm{OUT}}+N_{\mathrm{CAP}}.{\mathrm{\ΔP}}_{W\_\mathrm{FIELD}}-P_{W\_\mathrm{IN}}}{{\mathrm{\ΔP}}_{W\_\mathrm{FIELD}}}$

其中ΔP_W-FIELD是存储输入信号的场或帧所需要的存储器数量，N_CAP是按照场或帧的数量表达的存储器(8)的容量，

并且其中，内插电路(20)与计算电路(12，13，14，15)连接，以便接收所述内插相位，并计算作为内插相位函数的内插场或帧。

5.按照权利要求4所述的动态频率转换装置，其特征在于，计算电路包括减法器(12)，多路复用器(13)，乘法器(14)和加法器(15)。

Images