CN1189276A - 图像系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种实时图象系统,执行相邻垂直扫描行之间的非均匀内插。该视频系统包括一个变换器(70),存储器(72),图象增强电路(74),一个同步产生器(78)。该图象系统解码并数字化一个模拟的复合图象信号,例如,NTSC,PAL,或SECAM信号,并产生一个具有比模拟图象信号具有更多的垂直扫描行数的数字图象信号。图象信号可被编程,以允许在输出的数字图象信号中有不同的扫描行数。

Description

图像系统及其使用方法

本发明与以下同时递交的由与本发明相同的代理人代理的发明有关：

(1)高分辨图像产生方法，No.08/496,793；以及

(2)图象信号内插扫描行电路及其使用方法，No.08/496,795。

以上所列有关发明的主要内容列为本发明的参考。

本发明属视频系统领域，具体地说，本发明涉及一种将模拟视频信号转换成数字视频信号的视频系统。

第一个彩色电视制式是在美国推出的，而在1953年12月美国联邦通信委员会(FCC)批准了这个传输标准。制定彩色电视传输标准的大部分工作都是由美国国家电视制式委员会(NTSC)完成的。NTSC标准提供了广播具有525扫描行(485行表示像素)、60场/秒和2∶1隔行扫描的图像信号的标准。在美国、日本和许多其他国家中的电视广播都采用NTSC标准。

与NTSC标准相当的欧洲标准为要求625扫描行、50场/秒和2∶1隔行扫描的逐行倒相制(PAL)标准。另一个欧洲标准，SECAM，是60年代在法国开发的。与PAL一样，SECAM也是625扫描行、50场/秒和2∶1隔行扫描制。

这三种标准NTSC、PAL和SECAM提供了具有隔行显示格式(即每帧图像由时间上分离、空间上在垂直方向偏移的两场扫出)的模拟图像源。图1例示了隔行扫描图像信号中场的时间分离情况。图像信号由一系列被使场同步的时间段隔开的交替的偶数场和奇数场组成。偶数场含有帧中偶数编号的扫描行，而奇数场含有奇数编号的扫描行。因此，NTSC的一场含有262.5扫描行。图2示出了显示奇数场的光栅的例子。

图3例示了NTSC复合图像信号的波形。所示波形只示出了两个扫描行。波形中包括为每个扫描行设置的水平同步脉冲50和色同步信号52。

为了改善所发送的图像和伴音的质量，已经对引入诸如高清晰度电视(HDTV)那样的新电视标准进行了不少研究。新的传输标准将要求广播台和用户双方在新设备上大量投资。服从当前广播标准的一台能象HDTV接收机那样工作的电视接收机可以经济地达到与所提出的标准相同的目标，而不需要用户和广播台花费大量改装费用。

因此就需要开发一种能根据采用标准电视传输格式(如NTSC，PAL或SECAM)广播的图像产生高清晰图像的图像系统和方法。

本发明在所附各权利要求中具体指出。然而，通过以下结合附图所作的详细说明，可以更加清楚地看到本发明的其他一些特点，对本发明也可以有更深刻的了解。在这些附图中：

图1例示了隔行扫描图像信号的时间方框图；

图2例示了图1的隔行扫描图像信号所表示的光栅的图形；

图3例示了NTSC图像信号的一段波形；

图4例示了根据本发明的一个实施例的图像系统的方框图；

图5例示了根据本发明的一个最佳实施例的图像系统的方框图；

图6例示了根据本发明另一个实施例图像系统的方框图；

图7例示了根据本发明进一步的实施例的图像系统的方框图；

图8例示了按照本发明实施例进行非均匀内插的示意图；

图9例示了按照本发明实施例进行线性非均匀内插的示意图；

图10例示了按照本发明实施例进行非线性非均匀内插的示意图；

图11例示了图4-7所示图象系统所使用的方法的流程图；

图12为图4-7中所示变换器的详细方框图；

图13为图4-7中所示本发明的图像增强电路的的详细方框图；

图14为图4-7中所示本发明的图像增强电路的另一个优选实施例的详细方框图；

图15为使用图13-14所示图像增强电路的方法的流程图；

图16为按本发明处理隔行扫描图像信号以产生高分辨图像信号的方法的流程图；

图17为按本发明处理隔行扫描彩色图像信号以产生高分辨图像信号的方法的流程图；

图18例示了采用至少图4-7中所示图像系统之一的广播系统的示意图；以及

图19例示了采用至少图4-7中所示图像系统之一的闭路广播系统的示意图。

本发明的一个优点是所提供的图象系统在实时图像信号中的电路能增加扫描行数，得到质量大大改善的电视图像。本发明的另一个优点是所提供的图象系统能接收实时数字图像信号，产生能在高分辨计算机监视器上显示的改进电视图像。本发明的再一个优点是所提供的图象系统可以很方便地加入用户的电视接收机例如屏幕投影电视。

本发明的另一个优点是提供了一种处理图象信号的方法，可产生具有较大扫描行数的对应的图象输出信号。

图4示出了根据本发明的一个实施例的图像系统的方框图。这个图像系统包括变换器70、存储器72、图像增强电路74、监视器76和同步产生器78。变换器70用来将图像信号80变换成一组色空间信号。图像信号80的格式可以是遵从常用的电视传输标准，如NTSC、PAL或SECAM。色空间信号可以构造成表示在一个给定的色空间(如YIQ、YUV或RGB色空间)内的值的二进制字。色空间信号从变换器70传送给存储器72。存储器72存储与一个输入帧相应的一组色空间信号，为图像增强电路74提供这些色空间信号。图像增强电路74执行相邻色空间信号之间的非均匀内插，产生一组表示一个输出帧的内插像素信号，这个输出帧的垂直扫描行数比输入帧的多。内插像素信号可以结构成表示在与色空间信号相同的色空间内的值的二进制字。

同步产生器78产生同步触发信号86、采样信号82和场同步信号92。所有这些信号都是根据图像信号80产生的。同步触发信号86送至存储器72和图像增强电路74，用来协调色空间信号从存储器72向图像增强电路74的传送。采样信号82用来同步变换器70和存储器72的操作。如果图像信号80是NTSC信号，采样信号82、同步触发信号86和场同步信号92就相应为12.27MHz、24.54MHz和60Hz左右。

监视器76显示从图像增强电路74接收的内插像素信号所表示的图像。通常，监视器76可以是任何能接收和显示由电子信号表示的可视图像的装置。例如监视器76可以是用户TV、投影TV、计算机监视器或液晶显示器(LCD)。

图5例示了本发明的最佳实施例的图像系统的方框图。这种图像系统包括图4中所示的变换器70、存储器72、同步产生器78和监视器76。此外，这种优选图像系统还包括PLL(锁相环)104和图像增强电路100，以使图像系统可以改变输出帧中的垂直扫描行数。PLL104根据场同步信号92产生至少一个高频带同步信号，送至图像增强电路100，用来使图像增强电路100传送内插像素信号。

图6例示了本发明的另一个实施例的图像系统的方框图。与图4所示图像系统一样，图6所示图像系统也包括变换器70、存储器72、图像增强电路74、同步产生器78和监视器76。然而，除了这些部件以外，图6所示图像系统还包括一个将图像增强电路74输出的内插像素信号变换成一组输出格式信号的色空间变换器124。输出格式信号送至监视器76，由显示器76显示所表示的相应图像。输出格式信号例如可以是RGB信号或YCrCb信号之类。色空间变换器124用于色空间信号与监视器76的色空间是两个不同的色空间的情况。例如，变换器70可能产生一组YUV信号作为输入，而监视器76却是要求RGB信号作为输入。在这种情况下，色空间变换器124就要将YUV信号变换成相应的RGB信号。

图7例示了本发明的另一个实施例的图像系统的方框图。这种图像系统也包括图5中的变换器70、存储器72、同步产生器78、监视器76、图像增强电路100和PLL104。此外，这种图像系统还包括一个将图像增强电路100输出的内插像素信号变换成一组输出格式信号。输出格式信号送至监视器76，由监视器76显示所表示的相应图像。输出格式信号例如可以是RGB信号或YCrCb信号之类。

图像增强电路100和PLL104可以使图像系统改变输出帧内垂直扫描行数。PLL104根据场同步信号92产生至少一个高频带同步信号。这个高频带同步信号按场同步信号锁相，频率为场同步信号的整数倍。PLL104将高频带同步信号送至图像增强电路100和色空间变换器124。

图8原理性地例示了按本发明实施例执行的非均匀内插情况。图像系统所接收的图像信号80包括一组扫描行，图8示出了其中的四个扫描行。每个扫描行包括一组色信号。这些扫描行按照在一个帧内的相对垂直位置加以检索，从k至k+1。图像系统对输入图像信号进行处理，产生相应的一组输出扫描行。每个输出扫描行包括一组内插像素信号。在所例示的情况下，对每对相邻扫描行中的色空间信号的内插产生内插像素的三个输出扫描行。前三个输出扫描行根据输入扫描行k和k+1通过非均匀内插产生。输出扫描行在此表示成均匀间隔的，但非均匀内插也能用来产生不规则间隔的输出扫描行。此外，一对相邻的输入扫描行通过非均匀内插可产生任何数量的相应输出扫描行。例如，一个每帧具有接近485个扫描行的NTST可以通过非均匀内插产生具有700、800、900、1000、1200或1920个扫描行的输出帧。

图9例示了按照本发明实施例执行的线性非均匀内插的图示。对于原就熟悉本技术领域的人员来说，显然线性内插只是非线性内插的一种特殊情况。线性非均匀内插根据下式进行：

y_i＝c_1ik·d_k+c_2ik·d_k+1                 式1其中：y_i表示内插像素信号，d_k和d_k+1表示一对相邻的色空间信号，c_1ik表示第一系数，c_2ik表示第二系数，而i和k分别表示与输出扫描行和输入扫描行相应的整数序号。系数c_1ik和c_2ik可以选成满足

c_1ik+c_2ik＝1，而0≤c_1ik，c_2ik≤1的权系数。在图9中，内插像素信号y_i与分别位于输入扫描行k和k+1内的相邻色空间信号d₁和d₂相应。变量x₁、x₂和x₃表示距离。系数c_1ik和c_2ik可以确定为：

c_1ik＝x₁/x₃               式2

c_2ik＝x₁/x₃               式3

图10例示了按照本发明实施例执行的非线性非均匀内插的图示。图10示出的是按下式进行的二阶非线性内插

y_i＝c_1ik·d_k+c_2ik·d_k+1+c_3ik·d_k+2     式4其中：y_i表示内插像素信号，d_k、d_k+1和d_k+2表示三个相继相邻的色空间信号，c_1ik表示第一系数，c_2ik表示第二系数，c_3ik表示第三系数，而i和k分别表示与输出扫描行和输入扫描行相应的整数序号。系数可以选择成权系数。虽然图10示出的是二阶非线性内插，但本发明的一个实施例可采用任何n阶非线性内插。此外，可以根据n阶多项式来进行非线性内插。

在图10中，内插像素信号y_i与分别位于输入扫描行k、k+1和k+2内的相邻色空间信号d₁、d₂和d₃相应。具体地说，通过对三个相邻色空间信号进行二次内插，得出内插像素信号。变量x₁、x₂、x₃、x₄、x₅和x₆分别表示相应的距离。各系数可确定为

c_1ik＝(x₆·x₃)/(x₅·x₁)    式5

c_2ik＝(x₆·x₄)/(x₂·x₁)    式6

c_3ik＝(x₄·x₃)/(x₅·x₂)    式7

图11例示了采用图4-7所示图像系统处理图像信号的方法的流程图。在方框170，图像信号80发向至少一个接收机。在方框172，图像信号被一个接收机接收。这个接收机配有一个体现本发明的图像系统。例如，接收机可以是一个用户TV、投影TV、计算机监视器、液晶显示器(LCD)TV、LCD计算机监视器或任何其他能接收和显示由电子信号表示的可视图像的装置。

在方框174，根据图像信号80产生同步触发信号86和采样信号82。同步触发信号86送至存储器72和图像增强电路74、100，协调将色空间信号从存储器72传送给图像增强电路74、100。而且，采样信号82送至变换器70和存储器72，同步它们的操作。

在方框176，图像信号80变换成一组表示一个输入帧的色空间信号。然后在方框178，表示输入帧的这些色空间信号存入存储器72。虽然存储器72可以配置成大到是以存储整个一帧的色空间信号，但原就熟悉本技术领域的人员可以理解，如果图像信号80是两场交叉的，则存储器72只需存储与两场中的一场相应色空间信号。

在方框180，执行相邻色空间信号之间的非均匀内插，产生一组表示一个具有比输入帧更多的垂直扫描行的输出帧的内插像素信号。非均匀内插可以根据线性或非线性内插进行。

在方框182，内插像素信号所表示的图像由监视器76加以显示。

图12是图4-7中所示的变换器70的详细方框图。变换器70包括A/D变换器190、信号变换器192和解码器194。A/D变换器190将图像信号80数字化成一组相应的二进制编码信号。信号变换器192根据这些二进制编码信号产生一组色度信号和一组亮度信号。接收到色度和亮度信号后，解码器194产生相应的色空间信号。A/D变换器190、信号变换器192和解码器194的操作都由采样信号82同步。

图13是图4-7所示的一种图像增强电路74，100的详细方框图。这种图像增强电路可以用来根据式1给出的函数计算非均匀内插。图像增强电路包括一组内插电路208a-c、存储器202、控制单元200、行缓存器204、延迟缓存器206和输出缓存器218。虽然图像增强电路可以包括任何数量的内插电路，但通常是为每个彩色分量配置一个内插电路。例如，对单色图像信号进行非均匀内插就只需要一个内插电路。图13所例示的图像增强电路用来处理具有多达三个彩色分量的图像信号(例如RGB信号)，因此，这个电路包括三个内插电路208a-c。

虽然熟悉本技术领域的人员可以理解，这种图像增强电路能执行任何格式图像信号的非均匀内插，但是以下结合图11和12可进行的说明将以RGB信号为例来说明这种图像增强电路的各种形式的功能。

内插电路208a-c根据在数据输入总线上接收到的一组色空间信号产生一组内插像素信号。数据输入总线包括红色总线224、绿色总线226和蓝色总线228。在所示的这个例子中，红色内插电路208a通过红色总线224接收表示RGB信号中红色分量的色空间信号，绿色内插电路208b通过绿色总线226接收表示RGB信号中绿色分量的色空间信号，而蓝色内插电路208c通过蓝色总线228接收表示RGB信号中蓝色分量的色空间信号。

每个内插电路执行相邻色空间信号之间的非均匀内插，因此至少包括一个用来计算非均匀内插的算术电路210a-i。虽然一个内插电路可以包括任何数量的算术电路，但在所举的这个例子中每个内插电路包括三个算术电路。每个算术电路包括一个第一乘法器、一个第二乘法器和一个加法器，用来产生内插像素信号。例如，红色内插电路208a包括三个红色算术电路210a-c，绿色内插电路208b包括三个绿色算术电路210d-f，蓝色内插电路208c包括三个蓝色算术电路210g-i。

算术电路210a-i的工作情况可以参照第一红色算术电路210a为例加以说明。如图中所示，第一红色算术电路210a包括第一乘法器212、第二乘法器214和加法器216。第一乘法器212将在红色总线224上接收到的红色分量信号与一个系数相乘，产生第一乘积信号。第二乘法器214将所存储的红色分量与另一个系数相乘，产生第二乘积信号。加法器216将第一和第二乘积信号相加，得出内插红色像素信号。这两个系数通常具有不同的值，然而在某些情况下，例如产生的输出扫描行离输入扫描行的距离相等，可以具有相同的值。

存储器202用来存储系数和为内插电路208a-c提供至少一个系数。在所示的这个例子中，用于红色分量色空间信号的非均匀内插的系数通过红色存储器总线238传送，用于绿色分量色空间信号的非均匀内插的系数通过绿色存储器总线204传送，而用于蓝色分量色空间信号的非均匀内插的系数通过蓝色存储器总线242传送。

控制单元200产生存储器202可用来检索至少一个系数的地址236。控制单元200是根据接收到的与正要内插的相邻色空间信号相应的扫描行地址222来产生地址236的。控制单元200是可编程的，以改变出现内插像素信号的扫描行的数量。这是通过控制单元200接收一个指令220、对这个指令进行解码以选择一个不同的地址偏移值、再将这个地址偏移值纳入地址236来实现的。地址偏移值实质上指向含有另一组系数的不同存储空间。在这种图像增强电路的一种实施方式中，存储器202存储着好几组系数以产生每帧具有700、800、900、1000、1200或1920扫描行的输出帧。

控制单元200还能产生分别送至行缓存器204、延迟缓存器206和输出缓存器218的各控制信号。这些控制信号可以用来协调数据传送，或者用来对这些缓存器进行初始化或复位。此外，控制单元200还产生一个输出同步信号234，用来使数据通过第一输出总线230或第二输出总线232传送出去。

行缓存器204和延迟缓存器206构成了一个存储与一个扫描行相应的色空间信号的缓存器。延迟缓存器206接收表示一个扫描行的色空间信号序列。接收到与一个完整的扫描行相应的色空间信号序列后，延迟缓存器206就将它的内容传送给行缓存器204。此时，延迟缓存器206开始存储下一个扫描行的色空间信号，而行缓存器204保存着刚结束的这个扫描行的色空间信号。存储在行缓存器204内的色空间信号通过相应的缓存器总线分配给内插电路208a-c。红色缓存器总线244使行缓存器204与红色内插电路208a连接。绿色缓存器总线246使行缓存器204与绿色内插电路208b连接。蓝色缓存器总线248使行缓存器204与蓝色内插电路208c连接。实际上，行缓存器204和延迟缓存器206就像一个双重缓存器，存储相邻的两个扫描行的色空间信号。

输出缓存器218接收来自内插电路208a-c的内插像素信号，而将当前输出扫描行的内插像素信号送至输出总线230-232。那些不属于当前输出扫描行的内插像素信号暂时存储在输出缓存器218内。每个输出总线230-232能同时发送RGB信号的红、绿、蓝内插像素信号。配置两个总线是为了增加输出的带宽。通常，输出扫描行以比输入扫描行更高的频率发送。

输出缓存器218还可以根据需要包括一个在同一扫描行内的相邻像素之间进行内插的装置(未示出)，以增加输出扫描行的像素数。输出缓存器218内进行的内插可以是线性或非线性的非均匀内插。例如，可以按式1或4进行内插。在本发明的一个实施例中，这种内插装置通过就是对相邻像素取平均来产生水平内插像素。通过扫描行内的内插，也就是说执行二维内插，所得到的图像信号所表示的图像的清晰度可以有进一步的提高。

图14为图4-7所示的本发明另一个实施例的另一种图像增强电路的详细方框图。这种图像增强电路可以根据式4给出的函数计算非均匀内插。这种图像增强电路包括内插电路272a-c、存储器202、控制单元200、第一行缓存器266、第二行缓存器268、延迟缓存器206和输出缓存器218。虽然图像增强电路可以包括任何数量的内插电路，但通常是为每个彩色分量配置一个内插电路。例如，对单色图像信号进行非均匀内插就只需要一个内插电路。图14所例示的图像增强电路用来处理具有多达三个彩色分量的图像信号(例如RGB信号)，因此，这个电路包括三个内插电路272a-c。

内插电路272a-c根据在数据输入总线上接收到的一组色空间信号产生一组内插像素信号。每个内插电路272a-c能同时产生多达三个内插像素信号。数据输入总线包括红色总线224、绿色总线226和蓝色总线228。在所示的这个例子中，红色内插电路272a通过红色总线224接收表示RGB信号中红色分量的色空间信号，绿色内插电路272b通过绿色总线226接收表示RGB信号中绿色分量的色空间信号，而蓝色内插电路272c通过蓝色总线228接收表示RGB信号中蓝色分量的色空间信号。

每个内插电路执行相邻色空间信号之间的非线性非均匀内插，因此至少包括一个用来计算非均匀内插的算术电路274a-i。虽然一个内插电路可以包括任何数量的算术电路，但在所举的这个例子中每个内插电路包括三个算术电路。每个算术电路包括一个第一乘法器、一个第二乘法器、一个第三乘法器、一个第一加法器和一个第二加法器，用来产生内插像素信号。例如，红色内插电路272a包括三个红色算术电路274a-c，绿色内插电路272b包括三个绿色算术电路274d-f，蓝色内插电路272c包括三个蓝色算术电路274g-i。

算术电路274a-i的工作情况可以参照第一红色算术电路274a为例加以说明。如图中所示，第一红色算术电路274a包括第一乘法器286、第二乘法器288、第三乘法器290、第一加法器284和第二加法器282。第一乘法器286将红色分量信号与一个系数相乘，产生第一乘积信号。第二乘法器288将第一存储红色分量信号与另一个系数相乘，产生第二乘积信号。第一加法器284将第一乘积信号与第二乘积信号相加，得到第一和信号。第三乘法器290将第二存储红色分量信号与又一个系数相乘，产生第二乘积信号。第二加法器282将第一和信号与第三乘积信号相加，得出内插红色像素信号。这些系数通常具有不同的值，然而在某些情况下，例如产生的输出扫描行离输入扫描行的距离相等，可以具有相同的值。

存储器202用来存储系数和为内插电路272a-c提供至少一个系数。在所示的这个例子中，用于红色分量色空间信号的非线性非均匀内插的系数通过红色存储器总线276传送，用于绿色分量色空间信号的系数通过绿色存储器总线278传送，而用于蓝色分量色空间信号的系数通过蓝色存储器总线280传送。

控制单元200产生存储器202可用来检索至少一个系数的地址236。控制单元200是根据接收到的与正要内插的相邻色空间信号相应的扫描行地址222来产生地址236的。控制单元200是可编程的，以改变出现内插像素信号的扫描行的数量。这是通过控制单元200接收一个指令220、对这个指令进行解码以选择一个不同的地址偏移值、再将这个地址偏移值纳入地址236来实现的。地址偏移值实质上指向含有另一组系数的不同存储空间。在这种图像增强电路的一种实施方式中，存储器202存储着好几组系数以产生每帧具有700、800、900、1000、1200或1920扫描行的输出帧。

控制单元200还能产生分别送至第一行缓存器266、第二行缓存器268、延迟缓存器206和输出缓存器218的各控制信号。这些控制信号可以用来协调数据传送，或者用来对这些缓存器进行初始化或复位。此外，控制单元200还产生一个输出同步信号234，用来使数据通过第一输出总线230或第二输出总线232传送出去。

第一行缓存器266、第二行缓存器268和延迟缓存器206构成了一个存储与三个相继的扫描行相应的色空间信号的缓存器。延迟缓存器206接收表示一个扫描行的色空间信号序列。接收到与一个完整的扫描行相应的序列后，延迟缓存器206就将它的内容传送给第二行缓存器268。此时，延迟缓存器206开始存储下一个扫描行的色空间信号，而第二行缓存器268保存着刚结束的这个扫描行的色空间信号。接收到下一个扫描行后，第二行缓存器268的内容转至第一行缓存器266，而延迟缓存器206的内容转至第二行缓存器268。此时，第一和第二行缓存器存有二个相邻扫描行的色空间信号。存储在第一行缓存器266和第二行缓存器268的色空间信号通过各自相应缓存器总线分配给内插电路272a-c。第一红色缓存器总线281使第一行缓存器266与红色内插电路272a，而第二红色缓存器总线287使第二行缓存器286与红色内插电路272a连接。第一绿色缓存器总线283使第一行缓存器266与绿色内插电路272b连接，而第二绿色缓存器总线289使第二行缓存器268与绿色内插电路272b连接。第一蓝色缓存器总线285使第一行缓存器266与蓝色内插电路272c连接，而第二蓝色缓存器总线291使第二行缓存器268与蓝色内插电路272c连接。实际上，第一行缓存器266、第二行缓存器268和延迟缓存器206就像一个三重缓存器，存储三个相邻扫描行的色空间信号。

输出缓存器218接收来自内插电路272a-c的内插像素信号，而将当前输出扫描行的内插像素信号送至输出总线230-232。那些不属于当前输出扫描行的内插像素信号暂时存储在输出缓存器218内。每个输出总线230-232能同时发送RGB信号的红、绿、蓝内插像素信号。配置两个总线是为了增加输出的带宽。通常，输出扫描行以比输入扫描行更高的频率发送。

输出缓存器218还可以根据需要包括一个在同一扫描行内的相邻像素之间进行内插的装置(未示出)，以增加输出扫描行的像素数。输出缓存器218内进行的内插可以是线性或非线性的非均匀内插。例如，在本发明的一个实施例中，这种内插装置通过就是对相邻像素取平均来产生水平内插像素。通过扫描行内的内插，也就是说执行二维内插，所得到的图像信号所表示的图像的清晰度可以有进一步的提高。

虽然本发明的图像增强电路最好用诸如ASIC之类的集成电路来实现，然而熟悉本技术领域的人员可以理解，本发明的图像增强电路既可以用硬件实现，也可以用软件实现，或者用硬件和软件一起实现。

图15为使用图13-14所示图像增强电路产生一组内插像素信号的方法的流程图。在方框300，在数据输入总线上接收到一组相邻色空间信号。

在方框302，从存储器202中选出至少一个与这组相邻色空间信号相应的系数。这是通过控制单元200接收到与相邻色空间信号相应的扫描行地址222。进行解码后产生地址236，再从存储器202中检索出存储在地址236的系数来实现的。通过对指令220的解码，控制单元200可以产生一个用来选择不同的系数组的地址偏移值。实际上，控制单元200通过选择不同的系数组改变出现内插像素信号的扫描行的行数。

在方框304，利用检索出的系数在相邻色空间信号之间进行非均匀内插，产生一组内插像素信号。图13所示图像增强电路根据式1给出的函数执行线性内插，而图14所示图像增强电路根据式4给出的函数执行二阶非线性内插。

熟悉本技术领域的人员可以理解，图像增强电路的这种设想可以扩展到采用执行高于二阶的非线性内插的算术电路。例如，图14中所示的内插电路272a-c可以包括执行二阶、四阶或五阶内插的算术电路。

图16例示了通过处理内插图像信号产生高分辨图像信号的方法的流程图。图4-7所示的这些图像系统可以用来实现这种方法。采用这种方法可以产生扫描行数比隔行扫描的图像信号更多的高分辨图像信号。

在方框360，接收到具有两个相继场的隔行扫描的图像信号。这种隔行扫描的图像信号可以是按照常规的电视传输标准如PAL、NTSC或SECAM格式化的。在这种信号中，两个相继的场一个具有偶扫描行，一个具有奇扫描行。在大多数情况下，隔行扫描的图像信号是一个连续信号，包括比两场多的一系列场。

在方框362，隔行扫描的图像信号被数字化，产生一个具有一组与两个相继场相应的数字化场的数字图像信号。通常，隔行扫描图像信号的场与数字化的场是一一对应的。然而，这种方法也可用于许多希望从单个隔行扫描场产生两个或更多个数字化的场的情况，例如，在单独对由这个隔行扫描场表示的一个图像的某些部分进行操作时。

在方框364，数字化场合并成包括偶扫描行和奇扫描行的帧。合并场通常需要将先接收的场存储起来，然后将它与相继接收的场合并。然而，这里所介绍的方法并不局限于具体的合并场的过程。

然后，在方框366，在帧的相邻扫描行之间进行非均匀内插，产生高分辨图像信号。高分辨图像信号具有比隔行扫描图像信号更多的垂直扫描行。

在方框368，将高分辨图像信号所表示的图像在如图4-7中所示的监视器76那样的监视器上加以显示。

可以重复执行方框360-368的各个步骤产生一系列帧，因而得到相应的一系列图像。由高分辨图像信号表示的运动画面可以通过使每一帧分别与不同的相继两场相应得出。

图17例示了根据本发明的一个实施例通过处理隔行扫描的彩色图像信号产生高分辨图像信号的方法的流程图。

图4-7所示的这些图像系统可以用来实现这种方法。除了在图16中所示的这些步骤以外，图17的方法还包括在方框374中给出的步骤。在方框374，数字图像信号被解码成一组彩色分量信号。这些彩色分量信号分别表示一个色空间的各个分量。例如，在RGB色空间中，一个彩色分量信号表示红空间，另一个表示绿空间，而第三个表示蓝空间。

这种方法的剩下的几个步骤示于方框376-380中，是对每个彩色分量都执行的。这里还是以RGB色空间为例加以说明。在方框376，两个相继的红色场合并成一个包括偶扫描行和奇扫描行的红色帧。同样，两个相继的绿色场合并成一个绿色帧，而两个相继的蓝色场合并成一个蓝色帧。在方框378，对于每种彩色在各自分量帧的相邻扫描行之间进行非均匀内插。可得到的各彩色分量的内插像素形成了表示这个色空间的高分辨图像信号。高分辨图像信号具有比原来的隔行扫描图像信号更多的垂直扫描行。在方框380，将高分辨图像信号所表示的彩色图像在如图4-7中所示的监视器76那样的监视器上加以显示。

可以重复扫行方框370-380的各个步骤产生一系列帧，因而得到相应的一系列图像。由高分辨图像信号表示的彩色运动画面可以通过使每一帧分别与不同的相继两场相应得出。

图18例示了一个应用至少在图4-7所示的一个图像系统的广播系统的示意图。这个广播系统包括广播台420和接收机424。广播台420包括发射图像信号422的发射机421。图像信号422经大气空间传播到接收机422。发射机421可以包括地面天线、微波中继站或卫星。图像信号可以包括按诸如NTSC、PAL、SECAM那样的常规电视传输标准或任何变型格式化的广播信息。接收机424包括本发明的一个实施例，可以是任何能接收图像信号和显示所发送的图像的装置。例如，接收机424可以包括一个彩色电视接收机、投影屏蔽TV或计算机。

图19例示了一个应用至少在图4-7所示的一个图像系统的闭路广播系统的示意图。这个闭路广播系统包括图像源430、传输媒体(如电缆)432和接收机434。图像源430包括发送图像信号的发射机。图像信号经传输媒体432播送给接收机434。图像源430可以包括盒式放像机、重放图像的摄像机，或者CD ROM。图像信号可以包括按诸如NTSC、PAL、SECAM那样的常规电视传输标准或任何变型格式化的广播信息。接收机434可以是任何包括本发明的实施例、能接收图像信号和显示所发送的图像的装置。例如，接收机434可以包括一个电视机、投影屏幕TV或计算机。

因此，以上对采用非均匀内插产生改善的电视图像的图像系统的设想和包括一个优选实施例的一些实施例作了说明。正如上面所说明的那样，这种图像系统的各种实施例及其使用方法由于执行非均匀内插实时增多了图像信号中的扫描行数，因此产生了质量大大改善的电视图像。此外，这种图像系统的各种实施例包括可接受传统NTSC标准格式的实时图象信号的变换器，因此可以产生能在高分辨的计算机监视器上显示的改善的NTSC电视图像。还有，这种图像系统的各种实施例由于包括可用集成电路实现的价廉且实用的用于执行非均匀内插的图象增强电路，因此能加入用户的电视接收机。

虽然以上列举和说明了本发明的一些具体的实施例，但对于熟悉本技术领域的人员来说，显然可以看到所揭示的本发明可以在许多方面加以修改，可以有许多与以上特别提出和说明的优选方式不同的实施方式。

因此，所附权利要求旨在保护一切根据本发明精神实质加以修改的属于本发明专利保护范围的本发明实施方式。

Claims (10)

1.一种图像系统，其特征在于：

变换器装置，用于将图象信号变换成色空间信号；

存储器，用于存储对应于输入帧的色空间信号，并提供色空间信号作为输出；

图象增强电路，连接到存储器，用于在相邻色空间信号之间执行非均匀内插，产生一组内插的象素信号，所述象素信号表示一个输出帧，该输出帧具有比输入帧多的垂直扫描行；以及

一个同步产生器，用于根据图象信号产生一个同步触发信号和采信信号，同步触发信号送至存储器和图象增强电路用于协调存储在存储器中的色空间信号向图象增强电路的传送，采样信号同步变换器装置和存储器的操作。

2.权利要求1所提出的图像系统，其中所述非均匀内插是根据函数

y_i＝c_1ik·d_k+c_2ik·d_k+1执行的，其中：y_i表示一内插像素信号，d_k和d_k+1表示一对相邻色空间信号，c_1ik表示一个第一系数，c_2ik表示一个第二系数，而i和k都是整数序号。

3.权利要求2所提出的图像系统，其中所述第一和第二系数c_1ik和c_2ik满足：

  0≤c_1ik≤1，0≤c_2ik≤1，其中c_1ik+c_2ik＝1。

4.权利要求1所提出的图像系统，其中所述非均匀内插是根据函数

y_i＝c_1ik·d_k+c_2ik·d_k+1+c_3ik·d_k+2执行的，其中：y_i表示一个内插像素信号，d_k、d_k+1和d_k+2表示三个相继相邻色空间信号，c_1ik表示一个第一系数，c_2ik表示一个第二系数，c_3ik表示一个第三系数，而i和k为整数序号。

5.权利要求1所提出的图像系统，其中图象信号包括一个交错场序列，输入帧包括根据交错场序列的两个连续地收到的场。

6.根据权利要求1的图象系统，其中图象系统可编程，以改变输出帧中垂直扫描行数。

7.权利要求1所提出的图象系统，进一步包括：

一个锁相环PLL，用于根据同步产生器产生的场同步信号产生至少一个高频带同步信号，并向图象增强电路提供该至少一个高频带同步信号。

8.一种图象系统，其特征在于：

一个A/D变换器，用于将图象信号变换为一组二进制编码信号；

一个信号变换器，响应于所述的二进制编辑信号，用于产生一组色度信号和一组亮度信号；

一个解码器，用于根据所述的色度信号和亮度信号产生一组色空间信号；

一个存储器，用于存储对应于一个输入帧的一组色空间信号，并提供该信号作为输出；

一个图象增强电路，连接到存储器，用于在相邻的色空间信号之间执行非均匀内插，产生一组代表输出帧的内插象素信号，该输出帧具有比输入帧大的垂直扫描行数；

一个色空间变换器，用于将内插的象素信号变换成一组输出格式信号；以及

一个同步产生器，用于根据图象信号产生一个同步触发信号和采样信号，同步触发信号送至存储器和图象增强电路，用于协调存储在存储器中的色空间信号向图象增强电路的传送，采样信号同步A/D变换器，信号变换器，解码器和存储器的操作。

9.一种彩色电视接收机，其特征在于：

一个A/D变换器，用于将NTSC信号变换为一组二进制编辑信号；

一个信号变换器，响应于所述的一组二进制编辑信号，用于产生一组色信号和一组亮度信号；

一个解码器，用于根据所述的色度信号和亮度信号产生一组RGB信号；

一个存储器，用于存储对应于一个输入帧的一组RGB信号，并提供该信号作为输出；

一个图象增强电路，连接到存储器，用于在相邻的RGB信号之间执行非均匀内插，产生一组代表输出帧的内插象素信号，该输出帧具有比输入帧大的垂直扫描行数；

一个色空间变换器，用于将内插的象素信号变换成一组输出格式信号；以及

一个同步产生器，用于根据图象信号产生一个同步触发信号和采样信号，同步触发信号送至存储器和图象增强电路，用于协调存储在存储器中的RGB信号向图象增强电路的传送，采样信号同步A/D变换器，信号变换器，触码器和存储器的操作。

10.一种图象系统，其特征在于：

一个发射机，用于向至少一个接收机广播图象信号；

一个接收机，用于产生由所述图象信号表示的图象，所述的接收机包括：

一个变换器装置，用于将图象信号变换成一组色空间信号；

一个存储器，用于存储对应于一个输入帧的一组色空间信号，并提供该信号作为输出；

一个图象增强电路，连接到存储器，用于在相邻的色空间信号之间执行非均匀内插，产生一组代表输出帧的内插象素信号，该输出帧具有比输入帧大的垂直扫描行数；

一个监视器，响应于所述的内插象素信号，用于显示图象；以及

一个同步产生器，用于根据图象信号产生一个同步触发信号和采样信号，同步触发信号送至存储器和图象增强电路，用于协调存储在存储器中的色空间信号向图象增强电路的传送，采样信号同步变换器装置和存储器的操作。

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