CN1214631C - 运动及边缘自适应去隔行扫描 - Google Patents

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CN1214631C CNB008149348A CN00814934A CN1214631C CN 1214631 C CN1214631 C CN 1214631C CN B008149348 A CNB008149348 A CN B008149348A CN 00814934 A CN00814934 A CN 00814934A CN 1214631 C CN1214631 C CN 1214631C
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Abstract

一种用于在视频信号的去隔行扫描期间内插像素(28)的方法，所述视频信号包括隔行扫描线的至少两个场，包括具有各自强度值的一系列像素的每个扫描线，包括生成表示关于像素的连续帧之间的运动的运动值，检测像素的边缘方向(24)，利用生成的运动值在像素处执行边缘自适应内插(26)。

Description

运动及边缘自适应去隔行扫描
技术领域
本发明总体上涉及视频图像显示以及视频图像的去隔行扫描。
背景技术
许多电视和视频信号是隔行扫描的，其中组成单一视频帧的扫描线组(对于NTSC彩色电视典型地为525)不是顺序扫描和传输的。而是，视频帧被划分为两个“场”，每个场包括隔行的扫描线。在电视中，先传输包含一个场的扫描线，然后是第二个场的扫描线。
但是，许多显示设备，如计算机显示器不是隔行扫描的。而是，这些设备顺序扫描整个显示区域，一条扫描线接着一条。为了在这样渐进扫描的设备上显示隔行扫描序列，如视频信号，需要一个去隔行扫描的过程将每个单独的场转换为可以顺序输出到显示设备的完整的显示帧。去隔行扫描过程的主要任务是重建隔行扫描场的每个扫描线之间丢失的线。
有两种主要的去隔行扫描方法，每个有自己的优点和缺点。“场间”技术简单地将来自第二个场的数据与来自第一个场的数据合并以生成一个完整的帧。如果视频帧中没有运动，则这种方法生成理想的重构图象。垂直分辨率可以和原始的未隔行扫描的帧一样好。但是，如果视频信号中有运动，则运动效果对于人眼一般是可见的。当在扫描第一个场期间位于一个位置的一个对象在扫描第二个场的交互扫描线时已经运动，就会出现运动效果。简单地将隔行扫描的两个场的扫描线组合会产生无法接受的对象重现。
“场内”技术仅使用来自单一场的数据以生成完整的帧。这种方法更适合于带有运动的视频帧。利用场内技术，从不存在像素上下的扫描线中的像素值内插不存在像素的值。因为其不将一个场的运动合并到下一个场，所以这个技术不生成有害的运动效果，因为其仅仅从单一场中的已有像素值内插并且不使用第二个场的丢失扫描线的像素信息，所以其也不增强垂直分辨率。而且，简单的场内去隔行扫描技术(如简单的垂直内插)沿对角线方向趋向生成不能接受的锯齿状图象。
发明内容
一般地，在一个方面，本发明特征在于提供了一种用于在视频信号的去隔行扫描期间内插像素的方法，所述视频信号包括隔行扫描线的至少两个场，每个扫描线包括具有各自强度值的一系列像素，该方法包括：检测关于所述像素是否存在边缘；在关于像素的连续帧之间生成表示运动的运动值，所述运动值的生成至少部分地依据是否检测到关于所述像素的边缘；检测关于所述像素的边缘方向；在所述像素处利用检测的边缘方向执行边缘自适应内插；以及在所述像素处利用生成的运动值执行运动自适应内插。
一种用于在视频信号去隔行扫描期间内插像素的方法，所述视频信号包括隔行扫描线的至少两个场，每个扫描线包括具有各自强度值的一系列像素，所述方法包括：
在关于所述像素的连续帧之间生成表示运动的运动值，其中为来自关于所述像素的连续帧的多个像素段的每个生成运动值，
计算多个差值，
确定计算的多个差值中的最大值，以及
利用计算的多个差值的最大值从查找表确定运动值，其中根据关于所述像素是否存在边缘而从多个查找表中选择查找表；
如下检测关于所述像素的边缘方向：
为第一多个像素对形成各自的差值，每个像素对包括来自分别在所述像素上面和下面的扫描线的两个像素，第一多个像素对的每个像素对具有第一个共同方向，
计算第一多个像素对的来自第一多个像素对各自差值的第一个组合差值，
为第二多个像素对形成各自的差值，每个像素对包括来自分别在所述像素上面和下面的扫描线的两个像素，第二多个像素对的每个像素对具有第二个共同方向，
计算第二多个像素对的来自第二多个像素对各自差值的第二个组合差值，
将第二个组合差值与第一个组合差值之间的差值与边缘阈值相比较以确定边缘是否存在，
为第三多个像素对形成各自的差值，每个像素对包括来自分别在所述像素上面和下面的扫描线的两个像素，第三多个像素对的每个像素对具有第三个共同方向，
计算第三多个像素对的来自第三多个像素对各自差值的第三个组合差值，以及
如果边缘存在，将第三个组合差值与第一和第二个组合差值相比较以确定边缘方向；
如下利用检测的边缘方向执行像素处的边缘自适应内插：
如果边缘方向基本上是垂直的，则通过将基本上直接在所述像素上方的至少一个像素和基本上在所述像素下方的至少一个像素平均来形成一个中间像素值；
如果边缘方向与垂直方向成大约45度，则通过将基本上沿通过所述像素的45度轴的在所述像素上方的至少一个像素和在所述像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值；以及
如果边缘方向与垂直方向成大约135度，则通过将基本上沿通过所述像素的135度轴的在所述像素上方的至少一个像素和在所述像素下方的至少一个像素平均来形成一个中间像素值；以及
利用生成的运动值，通过将中间像素值与运动值相乘，并且加上来自下一个场的像素值乘以最大运动值与运动值之间的差值，以形成所述像素的最终内插值，来执行在所述像素处的运动自适应内插。
本发明的实施方案包括一个或多个下面的特性。可以通过比较关于来自连续帧的像素的像素段来生成该运动值。这些段可包括一条扫描线中的至少两个连续像素。生成运动值可包括，对于来自关于像素的连续帧的多个像素段中的每个，计算多个差值，确定计算的多个差值中最大的，并且利用计算的多个差值中最大的从查找表中确定运动值。可以确定关于该像素是否存在边缘并且依赖是否存在边缘而从多个查找表中选择一个查找表。可以通过比较关于来自至少三个连续帧的像素的像素段生成运动值。至少一个连续帧的像素段可以存储在特性缓存中。
边缘方向可以这样检测：通过对第一多个像素对形成各自的差值，每个像素对包含来自分别在像素上面和下面的扫描线的两个像素，第一多个像素对的每个像素对具有第一个共同方向，从第一多个像素对的各个差值中计算第一多个像素对的组合差值，形成第二多个像素对的各自的差值，每个像素对包含来自分别在像素上面和下面的扫描线的两个像素，第二多个像素对的每个像素对具有第二个共同方向，从第二多个像素对的各个差值中计算第二多个像素对的组合差值，并且将第二个组合差值和第一个组合差值间的差值与一个边缘阈值相比较以确定是否存在边缘。
第一和第二多个像素对的每一个可包含至少三个像素对。第一和第二个组合差值的计算可包括将由第一和第二多个像素对的每个各自像素对形成的每个各自差值的绝对值相加。第一个共同方向可以沿着与像素垂直方向成大约135度角，而第二个共同方向可以沿着与像素垂直方向成大约45度角。
边缘方向检测还可以包括对第三多个像素对形成各自的差值，每个像素对包括来自分别在像素上面和下面的扫描线的两个像素，第三多个像素对的每个像素对具有第三个共同方向，从第三多个像素对的各个差值中计算第三多个像素对的第三个组合差值，并且如果边缘存在，则将第三个组合差值与第一和第二个组合差值相比较以确定边缘方向。第三多个像素对的每一个可包括至少三个像素对。第三个组合差值的计算可包括将由第三多个像素对的每个各自像素对组成的每个各自差值的绝对值相加。第三个组合差值的计算还包括将相加的绝对值与一个灵敏度因数相乘。第三个共同方向基本上是垂直的。
像素处的边缘自适应内插还可包括，如果边缘方向基本上是垂直的，则通过将基本上直接位于像素上方的至少一个像素与基本上直接位于像素下方的至少一个像素平均来形成一个中间像素值，如果边缘方向与垂直方向成大致45度，则通过将基本沿像素的45度轴线的位于像素上方的至少一个像素和位于像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值，如果边缘方向是与垂直方向成大约135度，则通过将基本沿像素的135度轴线的位于像素上方的至少一个像素和位于像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值。
通过中间像素值与运动值相乘，并且加上来自下一个场的像素值乘以最大运动值与运动值之间的差值以形成像素的最终内插值，可以执行像素处的运动自适应内插。
一般地，在另一方面，本发明的特征在于提供了一种用于在视频信号的去隔行扫描期间内插像素的装置，所述视频信号包括隔行扫描线的至少两个场，每个扫描线包括具有各自强度值的一系列像素，所述装置包括：
配置用于生成表示关于所述像素的连续帧之间运动的运动值的运动值生成器，所述运动值是至少部分地依据是否存在关于所述像素的边缘而生成的；
配置用于检测关于所述像素边缘方向的边缘方向检测器；
利用检测的边缘方向，配置用于在所述像素处执行边缘自适应内插的边缘自适应内插器；以及
利用生成的运动值，配置用于在所述像素处执行运动自适应内插的运动自适应内插器。
按照本发明，还提供了用于在视频信号的去隔行扫描期间内插像素的装置，所述视频信号包括隔行扫描线的至少两个场，每个扫描线包括具有各个强度值的一系列像素，所述装置包括：
运动值生成器，其中运动值生成器比较来自关于像素的连续帧的像素段以生成运动值，所述运动值生成器还包括：
配置为为来自关于所述像素的连续帧的多个像素段的每个计算多个差值的差值计算器，
配置为确定计算的多个差值中最大值的差值比较器，配置为检测关于所述像素是否存在边缘的边缘检测器，以及
以来自差值比较器的计算的多个差值中的最大值为索引并且根据边缘是否存在可选的多个查找表；
配置为检测关于所述像素的边缘方向的边缘方向检测器；所述边缘方向检测器还包括：
配置为形成第一多个像素对的各个差值的第一像素对比较器，每个像素对包括来自分别在所述像素的上面和下面的扫描线的两个像素，第一多个像素对的每个像素对具有第一个共同方向，
配置为计算来自第一多个像素的各个差值的第一多个像素对的第一个组合差值的第一个像素对差值计算器，
配置为形成第二多个像素对的各个差值的第二像素对比较器，每个像素对包括来自分别在所述像素的上面和下面的扫描线的两个像素，第二多个像素对的每个像素对具有第二个共同方向，
配置为计算来自第二多个像素的各个差值的第二多个像素对的第二个组合差值的第二个像素对差值计算器，
配置为将第二个组合差值和第一个组合差值之间的差值与边缘阈值相比较以确定是否存在边缘的边缘存在逻辑，
配置为形成第三多个像素对的各个差值的第三像素对比较器，每个像素对包括来自分别在所述像素的上面和下面的扫描线的两个像素，第三多个像素对的每个像素对具有第三个共同方向，
配置为计算来自第三多个像素的各个差值的第三多个像素对的第三个组合差值的第三个像素对差值计算器，以及配置为如果边缘存在，则将第三个组合差值与第一和第二个组合差值相比较以确定边缘方向的边缘方向计算器；
配置为利用检测的边缘方向，在像素处执行边缘自适应内插的边缘自适应内插器，所述边缘自适应内插还包括：
逻辑配置为：如果边缘方向基本垂直，则通过将基本直接在像素上方的至少一个像素与基本直接在像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值；如果边缘方向与垂直方向成大约45度，则通过将沿基本上通过所述像素的45度轴的像素上方的至少一个像素与像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值；如果边缘方向与垂直方向成大约135度，则通过将沿基本上通过所述像素的135度轴的像素上方的至少一个像素与像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值；以及
利用生成的运动值，配置在像素处执行运动自适应内插的运动自适应内插器，其中运动自适应内插器包括逻辑，用于将中间像素值与运动值相乘并且加上来自下一个场的乘以最大运动值和运动值之间差值的像素值以形成像素的最终内插值。
本发明的实施方案包括一个或多个下列特征。运动值生成器可以比较来自关于像素的连续帧的像素段以生成运动值。这些段可以包括一条扫描线上的至少两个连续像素。运动值生成器还包括配置用于计算来自关于像素的连续帧的多个像素段的每一个的多个差值的差值计算器，配置用于确定计算的多个差值的最大值的差值比较器，以及配置以来自差值比较器的计算的多个差值中的最大值为索引的运动值查找表。运动值生成器还包括配置用于检测关于像素是否存在边缘的边缘检测器，其中依赖是否存在边缘而从多个查找表中选择一个查找表。通过比较来自至少三个连续帧的像素的像素段可以生成该运动值。一个特征缓存可以存储连续帧中至少一个的像素段。
边缘方向检测器还包括配置用于形成第一多个像素对的各自差值的第一像素对比较器，每个像素对包括来自分别在像素上面和下面的扫描线的两个像素，第一多个像素对的每个像素对具有第一个共同方向，配置为从第一多个像素对的各个差值中计算第一多个像素对的第一个组合差值的第一像素对差值计算器，配置用于形成第二多个像素对的各自差值的第二像素对比较器，每个像素对包括来自分别在像素上面和下面的扫描线的两个像素，第二多个像素对的每个像素对具有第二个共同方向，配置为从第二多个像素对的各个差值中计算第二多个像素对的第二个组合差值的第二像素对差值计算器，以及配置为将第二个组合差值和第一个组合差值之间的差值与边缘阈值相比较以确定是否存在边缘的边缘存在逻辑。
第一和第二多个像素对的每个包括至少三个像素。第一和第二个组合差值的计算可包括将由第一和第二多个像素对的每个各自像素对形成的每个各自差值的绝对值相加。第一个共同方向可以沿着与像素垂直方向成大约135度角，而第二个共同方向可以沿着与像素垂直方向成大约45度角。
边缘方向检测器还包括配置为形成第三多个像素对各自差值的第三像素对比较器，每个像素对包括来自分别在像素上方和下方的扫描线的两个像素，第三多个像素对的每个像素对具有第三个共同方向，配置为计算来自第三多个像素对的各自差值的第三多个像素对的第三个组合差值的第三个像素对差值计算器，以及一个边缘检测计算器，配置用于如果边缘存在，则将第三个组合差值与第一和第二个组合差值相比较以确定边缘方向。第三多个像素对包括至少三个像素对。第三个组合差值的计算包括将从第三多个像素对的每个各自像素对形成的每个各自差值的绝对值相加。第三个组合差值的计算还包括将相加的绝对值与一个灵敏度因数相乘。第三个共同方向可以基本上垂直。
边缘自适应内插器还包括逻辑，配置为如果边缘方向基本上是垂直的，则通过将基本上直接位于像素上方的至少一个像素与基本上直接位于像素下方的至少一个像素平均来形成一个中间像素值，如果边缘方向与垂直方向成大致45度，则通过将基本沿像素的45度轴线的位于像素上方的至少一个像素和位于像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值，如果边缘方向是与垂直方向成大约135度，则通过将基本沿像素的135度轴线的位于像素上方的至少一个像素和位于像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值。
运动自适应内插器包括逻辑，用于将中间像素值与运动值相乘并且加上与该运动值与最大运动值之间的差值相乘的下一个场的像素值以形成该像素的最终内插值。
本发明的优点包括下列的一个或多个。通过平滑地将一个帧中每个像素的场间和场内值组合，用该像素处检测的运动加权，本发明对于场景的静态和动态部分，可在扫描视频信号的去隔行扫描中提供更高的准确度并且在显示图像中提供更高的保真度。对于具有较低运动值的像素使用场间内插技术可以提供更高的垂直分辨率。对于具有较高运动值的像素使用场内内插技术可以减少不需要的运动效果。通过线性函数将两者组合，用像素处检测的运动加权可以平滑地提供两种技术的最优点。通过基于在像素处是否检测到边缘来选择运动值查找表可以提供更准确的运动值确定。基于像素段确定运动值还可以增加运动检测的准确度以及减少噪声和错误的运动判断。而且，因为段中每个像素共享一个公用运动值，所以分段大幅度降低了每个帧需要的运动计算数量。利用分段的像素信息的至少三个帧可以提供更准确的运动判断。使用分段和存储优先帧的段的特征缓存可以降低执行特征缓存读写所需要的带宽。其还可以消除每个帧执行不止一次分段计算的需要。沿着检测的边缘内插一个像素值在视频信号的去隔行扫描中还提供更高的准确度。
从下面的描述、附图和权利要求中，本发明的这些以及其他特征和优点将变得更清楚。
附图说明
图1是隔行扫描的视频源中偶场和奇场的图。
图2是运动和边缘自适应去隔行扫描方法的流程图。
图3是运动检测方法中用到的场间像素段的时间图。
图4是用于检测运动值的装置的示意图。
图5a至5d是说明边缘检测方法的像素图。
图6是用于检测边缘的装置的示意图。
图7是用于帧显示的现有技术帧缓存。
图8是提供用于实时运动和边缘自适应去隔行扫描的特征缓存的帧缓存。
具体实施方式
图1显示了一个典型的隔行扫描视频源的偶场10和奇场12的图。偶场10由偶数扫描线0、2、4等组成。而奇场由奇数扫描线1、3等组成。典型的NTSC电视视频源由按这种方式划分的525线组成。偶场10在时刻t＝t1扫描，而奇场12在时刻t＝t2扫描。为了从如偶场10构造出一个完整的帧，必须重建每个丢失的扫描线(例如线3)。图1中实线代表给定场中已有的扫描线，而虚线描绘了需要重建的丢失的线。
作为例子，沿偶场10的线3的每个像素元素X必须重建。可以简单地使用来自下一个奇场12的像素元素C1、C2和C3等，但是这种简单的场间技术会引入如描述的运动效果。或者可以简单地利用场内临近的像素值A1、A2和A3以及B1、B2和B3等内插丢失的元素C1、C2和C3。但是这种场内技术不提供高的垂直分辨率并且会沿对角线产生锯齿状失真假象。
图2显示了一个强大的通用的，对于具有较少运动的帧区域能改善垂直分辨率并且对于具有更多运动的其他区域能减少不想要的运动效果的去隔行扫描方法20的流程图。首先，对于每个像素X，利用来自连续帧的信息检测运动值(步骤22)。在一个优选实施方案中，运动值是具有值0至15的与像素X周围场景的运动程度成比例的一个4位整数。接着，利用像素X自己的帧内像素X周围的临近像素的强度值生成像素X的边缘方向(步骤24)。在一个实施方案中，边缘方向一般可定义为45度、135度或没有边缘(即90度)。第三，利用边缘方向数据和像素X周围的某些临近像素值确定像素的中间内插值(步骤26)。第四，利用中间内插值和来自下一个场的像素X的值的组合定义像素X的最终像素值，每个分量由检测的运动值加权(步骤28)。
参见图3和4，通过对连续场的像素X周围的像素组进行分析可生成像素X的运动值。在一个实施方案中，考虑了六个场：场0(项100)和场1(项101)是先于当前帧的两个帧，场2(项102)和场3(项103)是先于当前帧的一个帧，以及场4(项104)和场5(项105)包括当前帧。除此之外，比较来自这些场的像素段(110a至110i)而不是单个像素以检测运动值。在一个实施方案中，每个段110包括一条扫描线上的四个连续像素，平均成一个强度值。大于一个的任何数量的像素可以按这种方式分段。
在为像素X的运动值计算中使用的每个段通常或者临近或者包含像素X。例如，来自当前帧的场4的段A(110a)是像素X上的像素段，而来自相同场的段G(110g)是像素X下面的像素的段。并且段D(110d)来自相同帧的下一个场5，并且包含像素X。
分段像素一起用于执行运动检测有几个优点。首先，降低了噪声并且增加了运动检测的准确度。其次，一个段中的每个像素(例如四个)将共享相同的运动值，因此对于例如每四个像素，运动计算只需做一次。并且第三，如下的进一步描述，因为运动计算需要比较段信息的几个帧，所以分段能够以更紧凑的形式，如特征缓存来存储先前的场信息。
参见图4，示意地显示了运动值检测方法200。该运动值检测方法可以用任何方便的方式实现，例如以通用计算机上的软件，或专用硬件方式。在一个优选实施方案中，在对像素每个想要的像素块分段(逻辑块202a至202i)之后，来自连续场的临近(或包含)像素X的像素段的各个对之间的差值就确定了。例如，从前一个偶场2的段B(110b)中减去(块204a)当前偶场4的段(110a)，则确定结果(块206a)的绝对值。类似地，确定前一个偶场2的段B(110b)与更前一个偶场0的段C(110c)的差值(块204b)的绝对值(块206b)。以相同的方式，从段D(110d)中减去段E(110e)，从段E(110e)中减去段F(110f)，从段G(110g)中减去段H(110h)，从段H(110h)中减去段I(110i)(块202c至202f)。接着确定这些差值的每一个的绝对值(块206c至206f)。接着确定这些绝对差值的最大值(块208)。然后使用结果的最大差值(最大段间差值)作为可重加载的运动值查找表的索引(块210)来输出最终运动值216。在一个实施方案中，每个像素(以及每个平均像素段)具有8比特强度值(也就是从0到255)并且运动值216是一个具有从0到15的4比特数。
在一个实施方案中，根据在像素X周围是否检测到边缘可以来加载不同的查找表。例如，可以确定当前偶场4的段A(110a)和G(110g)之间的差值(块204g)，并且产生的绝对值与边缘检测步骤(块214)中的边缘阈值相比较来确定像素X上下是否有一个尖锐的差值。这确定了像素X处是否有一个场内垂直边缘。
如果没有检测到边缘，则查找表可以是一个简单的函数：
运动[3:0]＝如果小于等于15，则最大段间差值；以及
运动[3:0]＝对于最大段间差值的所有其他值为15。
如果检测到边缘(例如，场内垂直边缘)则可以减少有效运动值，例如：
运动[3:0]＝如果小于等于31，则1/2最大段间差值；以及
运动[3:0]＝对于最大段间差值的所有其他值为15。
当检测到边缘时使用不同的查找表(具有减少的运动值)可生成更准确的内插结果。使得对于下面描述的内插计算更清楚的，如果检测到边缘，并且从替代查找表中检索出减少的运动值，则去隔行扫描计算将通过从下一个场中取出更多它的值并且从当前场中围绕像素X的已有像素中使用更少的内插生成像素X的强度，否则其可能“柔化”边缘并且产生，通常来说，更不准确的结果。
根据实现可以使用运动值的各种查找表。例如，运动值可以是一个完整的8比特数，完全映射到连续像素段之间生成的最大强度差值的尺度。而且，可以使用更详尽的边缘检测算法(如下面进一步描述的)来根据边缘方向而从不同查找表中选择。
在运动值生成之后(图2的步骤22)，就确定了(图2的步骤24)临近像素X(如果有的话)的边缘的方向。参见图5a至5d，在像素X的上下的像素250的组上执行边缘检测。如图5a所示，像素X上的扫描线252包括五个像素A0至A5并且像素X下的扫描线254包括五个像素B0至B5。参见图5b，边缘检测算法首先计算关于像素X的沿135度轴(从垂直方向开始测量)的三对像素(256a，256b，256c)之间各自的差值，每对包含来自扫描线252的一个像素和来自扫描线254的一个像素。然后这些各个差值的绝对值相加来生成Diff135值：Diff135＝|A0-B2|+|A1-B3|+|A2-B4|
类似地，参见图5c，边缘检测算法接着计算关于像素X的沿90度(或垂直)轴的三对像素(258a，258b，258c)之间各自的差值。然后这些各个差值的绝对值相加来生成Diff90值：Diff90＝|A1-B1|+|A2-B2|+|A3-B3|·Factor
其中Factor是减少Diff90计算的灵敏度的灵敏度常数。在一个实施方案中，Factor＝0.75。
并且，参见图5d，边缘检测算法接着计算关于像素X的沿45度轴的三对像素(260a，260b，260c)之间各自的差值。然后这些各个差值的绝对值相加来生成Diff45值：
Diff45＝|A2-B0|+|A3+B1|+|A4-B2|
然后比较关于像素X(要内插的像素)的沿三个不同方向的三个像素对的比较以确定关于像素X的边缘的存在和方向。
首先，Diff45和Diff135与边缘阈值相比较以确定是否存在一个基本非垂直边缘：
如果|Diff45-Diff135|＞Edge_Threshold则Edge_Exist
其中Edge_Threshold是用于确定边缘存在的另一个灵敏度因数。在一个实施方案中，Edge_Threshold＝32。Edge_Threshold和Factor可以调整来说明可能生成错误边缘指示的较高级别的场景。特别是，边缘计算一般不应该确定如细线的小的细节是边缘。灵敏度常数因数可以说明如单一的细线会产生越过像素组的高的90度的差值，但是低45度和135度差值因而可能产生错误的边缘。
边缘检测算法的缺省条件是没有边缘(或90度边缘)。边缘检测算法使用Diff45、Diff90和Diff135结果来确定已有边缘的方向：
如果(Diff45＜＝Diff90)并且(Diff45＜＝Diff135)并且Edge_Exist)则Edge[1:0]＝10；
否则
如果(Diff135＜＝Diff90)并且(Diff135＜＝Diff45)并且Edge_Exist)则Edge[1:0]＝11；
否则Edge[1:0]＝00。
其中Edge[1:0]是边缘条件的两比特二进制代码：Edge[1:0]＝00以二进制表示没有(或垂直)边缘，Edge[1:0]＝10表示基本沿45度轴的边缘；并且Edge[1:0]＝11表示基本沿135度轴的边缘。也可以使用其他定义边缘的惯例。
图6表示用于实现边缘检测算法的示意图300。首先通过计算三个像素对(A0-B2、A1-B3、A2-B4)(在逻辑框302a至302c)的各个差值，获得这些差值的绝对值(框304a至304c)，然后将结果求和(框306a)来计算Diff135。通过计算另外三个像素对(A1-B1、A2-B2、A3-B3)(在逻辑框302d至302f)的各个差值，获得这些差值的绝对值(框304d至304f)，将结果求和(框306b)，然后乘以因数310(框308)来计算Diff90。通过计算另外三个像素对(A2-B0、A3-B1、A4-B2)(在逻辑框302g至302i)的各个差值，获得这些差值的绝对值(框304g至304i)，然后将结果求和(框306c)来计算Diff45。
然后确定Diff135和Diff45之间的差值(框312)，并且将结果的绝对值(框314)与边缘阈值318相比较以确定Edge_Exist是否为TRUE(框316)。然后提供Diff90、Diff135、Diff45和Edge_Exist信号给比较和解码逻辑320，其执行上述比较以生成最终Edge[1:0]信号322。
Edge[1:0]和Motion[3:0]确定之后(可以以任何顺序或并行完成)，像素X的中间场内内插结果M_Data计算(图2的步骤26)如下：
如果Edge[1:0]＝00(90度或没有边缘)，
则M_Data＝A2/2+B2/2；
如果Edge[1:0]＝10(45度边缘)，
则M_Data＝A3/2+B1/2；以及
如果Edge[1:0]＝11(135度边缘)，
则M_Data＝A1/2+B3/2；
这些计算基于沿检测的边缘的值来内插像素X的值，提供更准确的边缘描述。
最后，场内内插值与从下一个场(例如，图1中奇场12)获得的像素X的值C2混合：
如果(Motaon＝15)则X＝M_Data；
否则X＝((16-Motion[3:0])·C+(Motion·M_Data))/16。
因为Motion是值为0到15的整数，所以如果Motion高，则大部分像素X由场内结果M_Data确定。如果Motion非常低，则像素X的所有值都由下一个场中其值C来确定。
通过将帧中每个像素的场内和场间值平滑组合，由像素处检测的运动加权，本方法对于场景的静态和动态部分，在去隔行扫描视频信号中提供更高准确性并且在显示图象中提供更高的保真度。
除了在图4和6中显示的逻辑硬件外，为执行运动计算提供先前帧信息的内存存储器非常有用。如图7所示，对于许多视频应用(例如，在典型的PC图形处理器和视频卡中)帧缓存400包括存储顺序视频帧的两个缓存(这里称为表面A402和表面B404)。一个缓存由捕获处理器等写入，而另一个缓存读出到显示处理器406用于在视频屏上显示。这保证了正在读取的存储器不受为下一帧存储器写的干扰。在输入垂直同步与输出垂直同步信号不同的实现中双缓存特别有用。然而，在典型的双缓存中显示处理器不能访问信息的前一个帧。
如图8所示，为了能够做到像素信息的几个先前帧的运动检测，本发明的一个实施方案使用两个特性缓存，特性缓存A 508a和特性缓存B 508b。对于每个显示的帧，显示处理器506提取当前帧的有关特性并且将其写回帧缓存500，将其存储在特性缓存508a或508b之一中。以这种方式，两个特性缓存将存储两个先前帧的有价值的有关特性信息，其可在运动计算期间由运动检测器用于生成当前帧的每个像素的运动值。
如上所述，在运动检测期间本发明使用分段来将四个连续像素平均为一个平均的像素段。然后如上所述将这些段相比较。分段的一个方便的结果是当前帧仅有计算的像素段需要存储在特性缓存508a和508b中。这减少了执行特性缓存读写需要的带宽。其还消除了每帧执行分段计算超过一次的需要。如上所述，基于像素的段确定运动值还能够增加运动检测的准确性并且减少噪声和错误运动判断。而且，因为段中每个像素将共享一个通用的运动值，所以分段急剧减少了每帧需要的运动计算的数量。如上所述，每个段可以有任意个像素：这里为本发明的一个实施方案中选择了四个。
其他实施方案在权利要求的范围内。例如，可以以各种方式来实现任何逻辑块。例如，各种块的功能可以彼此组合成任何其他数量的模块。每个模块可以实现为存储在实际存储器(例如随机访问存储器、只读存储器、CD-R0M存储器、硬盘驱动器)中的软件程序，可由中央处理单元读取以实现本发明的功能。或者，模块可以由通过传输载波发送到通用计算机或图形处理硬件的程序指令组成。而且，模块还可以由实现本发明包含的功能的硬件逻辑电路实现。任何数量的像素可以组合成段用于运动检测计算。可以使用任何数量的先前帧来检测像素位置处的运动。可以使用任何数量的像素对进行边缘检测。可以使用像素对的不同选择来确定其他边缘方向。可以选择不同的像素组来确定边缘方向和/或内插值。可以选择不同的运动因数和边缘阈值来调整计算的灵敏度。去隔行扫描方法和装置可以用于数字和模拟视频信号，特别是非内插电视应用。

Claims (38)

1.一种用于在视频信号的去隔行扫描期间内插像素的方法，所述视频信号包括隔行扫描线的至少两个场，每个扫描线包括具有各自强度值的一系列像素，所述方法包括：
检测关于所述像素是否存在边缘；
在关于像素的连续帧之间生成表示运动的运动值，所述运动值的生成至少部分地依据是否检测到关于所述像素的边缘；
检测关于所述像素的边缘方向；
在所述像素处利用检测的边缘方向执行边缘自适应内插；以及
在所述像素处利用生成的运动值执行运动自适应内插。
2.如权利要求1的方法，其中通过比较关于来自连续帧的像素的像素段来生成所述运动值。
3.如权利要求2的方法，其中所述段包括扫描线上至少两个连续像素。
4.如权利要求2的方法，其中运动值的生成还包括：
为来自关于像素的连续帧的多个像素段的每个计算多个差值；
确定计算的多个差值中最大的；以及
利用计算的多个差值中最大的来从查找表中确定运动值。
5.如权利要求4的方法，还包括根据是否存在边缘而从多个查找表中选择查找表。
6.如权利要求2的方法，其中通过比较关于来自至少三个连续帧的像素的像素段来生成运动值。
7.如权利要求2的方法，其中连续帧的至少一个的像素段存储在特性缓存中。
8.如权利要求1的方法，其中如下检测边缘方向：
为第一多个像素对形成各自的差值，每个像素对包括来自分别在所述像素上面和下面的扫描线的两个像素，第一多个像素对的每个像素对具有第一个共同方向；
计算第一多个像素对的来自第一多个像素对各自差值的第一个组合差值；
为第二多个像素对形成各自的差值，每个像素对包括来自分别在所述像素上面和下面的扫描线的两个像素，第二多个像素对的每个像素对具有第二个共同方向；
计算第二多个像素对的来自第二多个像素对各自差值的第二个组合差值；以及
将第二个组合差值与第一个组合差值之间的差值与边缘阈值相比较以确定边缘是否存在。
9.如权利要求8的方法，其中第一和第二多个像素对的每个包括至少三个像素对。
10.如权利要求8的方法，其中第一和第二个组合差值的计算包括将分别由第一和第二多个像素对的各个像素对的每个形成的各个差值的每个的绝对值相加。
11.如权利要求8的方法，其中第一个方向是与所述像素的垂直方向成大约135度角并且第二个方向是距所述像素的垂直方向大约45度角。
12.权利要求8的方法，还包括：
为第三多个像素对形成各自的差值，每个像素对包括来自分别在所述像素上面和下面的扫描线的两个像素，第三多个像素对的每个像素对具有第三个共同方向；
计算第三多个像素对的来自第三多个像素对各自差值的第三个组合差值；以及
如果边缘存在，将第三个组合差值与第一和第二个组合差值相比较以确定边缘方向。
13.如权利要求12的方法，其中第三多个像素对的每个包括至少三个像素对。
14.如权利要求12的方法，其中第三个组合差值的计算包括将由第三多个像素对的各个像素对的每个形成的各个差值的每个的绝对值相加。
15.如权利要求14的方法，其中第三个组合差值的计算还包括将相加的绝对值与一个灵敏度因数相乘。
16.如权利要求12的方法，其中第三个方向是基本垂直的。
17.如权利要求1的方法，其中像素处的边缘自适应内插还包括：
如果边缘方向基本上是垂直的，则通过将基本上直接在所述像素上方的至少一个像素和基本上直接在所述像素下方的至少一个像素平均来形成一个中间像素值；
如果边缘方向与垂直方向大约成45度，则通过将基本上沿通过所述像素的45度轴的在所述像素上方的至少一个像素和在所述像素下方的至少一个像素平均来形成一个中间像素值；以及
如果边缘方向与垂直方向大约成135度，则通过将基本上沿通过所述像素的135度轴的在所述像素上方的至少一个像素和在所述像素下方的至少一个像素平均来形成一个中间像素值。
18.如权利要求17的方法，其中通过将中间像素值与运动值相乘并且加上来自下一个场的与最大运动值与运动值之间差值相乘的像素值以形成所述像素的最终内插值，来执行在所述像素处的运动自适应内插。
19.一种用于在视频信号去隔行扫描期间内插像素的方法，所述视频信号包括隔行扫描线的至少两个场，每个扫描线包括具有各自强度值的一系列像素，所述方法包括：
在关于所述像素的连续帧之间生成表示运动的运动值，其中为来自关于所述像素的连续帧的多个像素段的每个生成运动值，
计算多个差值，
确定计算的多个差值中的最大值，以及
利用计算的多个差值的最大值从查找表确定运动值，其中根据关于所述像素是否存在边缘而从多个查找表中选择查找表；
如下检测关于所述像素的边缘方向：
为第一多个像素对形成各自的差值，每个像素对包括来自分别在所述像素上面和下面的扫描线的两个像素，第一多个像素对的每个像素对具有第一个共同方向，
计算第一多个像素对的来自第一多个像素对各自差值的第一个组合差值，
为第二多个像素对形成各自的差值，每个像素对包括来自分别在所述像素上面和下面的扫描线的两个像素，第二多个像素对的每个像素对具有第二个共同方向，
计算第二多个像素对的来自第二多个像素对各自差值的第二个组合差值，
将第二个组合差值与第一个组合差值之间的差值与边缘阈值相比较以确定边缘是否存在，
为第三多个像素对形成各自的差值，每个像素对包括来自分别在所述像素上面和下面的扫描线的两个像素，第三多个像素对的每个像素对具有第三个共同方向，
计算第三多个像素对的来自第三多个像素对各自差值的第三个组合差值，以及
如果边缘存在，将第三个组合差值与第一和第二个组合差值相比较以确定边缘方向；
如下利用检测的边缘方向执行像素处的边缘自适应内插：
如果边缘方向基本上是垂直的，则通过将基本上直接在所述像素上方的至少一个像素和基本上在所述像素下方的至少一个像素平均来形成一个中间像素值；
如果边缘方向与垂直方向成大约45度，则通过将基本上沿通过所述像素的45度轴的在所述像素上方的至少一个像素和在所述像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值；以及
如果边缘方向与垂直方向成大约135度，则通过将基本上沿通过所述像素的135度轴的在所述像素上方的至少一个像素和在所述像素下方的至少一个像素平均来形成一个中间像素值；以及
利用生成的运动值，通过将中间像素值与运动值相乘并且加上来自下一个场的与最大运动值与运动值之间差值相乘的像素值以形成所述像素的最终内插值，来执行在所述像素处的运动自适应内插。
20.一种用于在视频信号的去隔行扫描期间内插像素的装置，所述视频信号包括隔行扫描线的至少两个场，每个扫描线包括具有各自强度值的一系列像素，所述装置包括：
配置用于生成表示关于所述像素的连续帧之间运动的运动值的运动值生成器，所述运动值是至少部分地依据是否存在关于所述像素的边缘而生成的；
配置用于检测关于所述像素边缘方向的边缘方向检测器；
利用检测的边缘方向，配置用于在所述像素处执行边缘自适应内插的边缘自适应内插器；以及
利用生成的运动值，配置用于在所述像素处执行运动自适应内插的运动自适应内插器。
21.如权利要求20的装置，其中所述运动值生成器比较来自关于所述像素的连续帧的像素段以生成运动值。
22.如权利要求21的装置，其中所述段包括扫描线上至少两个连续像素。
23.如权利要求21的装置，其中运动值生成器还包括：
配置用于为来自关于所述像素的连续帧的多个像素段的每个计算多个差值的差值计算器；
配置用于确定计算的多个差值中最大值的差值比较器；以及
配置为以来自差值比较器的计算的多个差值中最大值为索引的运动值查找表。
24.如权利要求23的装置，其中运动值生成器还包括配置为检测关于像素是否存在边缘的边缘检测器，其中根据边缘是否存在而从多个查找表中选择查找表。
25.如权利要求23的装置，其中通过比较关于来自至少三个连续帧的像素的像素段来生成运动值。
26.如权利要求23的装置，还包括为连续帧中的至少一个存储像素段的特性缓存。
27.如权利要求20的装置，其中边缘方向检测器还包括：
配置为为第一多个像素对形成各自差值的第一像素对比较器，每个像素对包括来自分别在所述像素上面和下面的扫描线的两个像素，第一多个像素对的每个像素对具有第一个共同方向；
配置为从第一多个像素对的各个差值中为第一多个像素对计算第一个组合差值的第一像素对差值计算器；
配置为为第二多个像素对形成各自差值的第二像素对比较器，每个像素对包括来自分别在所述像素上面和下面的扫描线的两个像素，第二多个像素对的每个像素对具有第二个共同方向；
配置为从第二多个像素对的各个差值中为第二多个像素对计算第二个组合差值的第二像素对差值计算器；以及
配置为将第二个组合差值与第一个组合差值之间差值与边缘阈值相比较以确定是否存在边缘的边缘存在逻辑。
28.如权利要求25的装置，其中第一和第二多个像素对的每个包括至少三个像素对。
29.如权利要求25的装置，其中第一和第二个组合差值的计算包括加上分别由第一和第二多个像素对的各个像素对的每个形成的各个差值中的每个的绝对值。
30.如权利要求27的装置，其中第一个共同方向沿与像素垂直方向成大约135度角并且第二个共同方向沿与像素垂直方向成大约45度角。
31.如权利要求27的装置，其中边缘方向检测器还包括：
配置为为第三多个像素对形成各自差值的第三像素对比较器，每个像素对包括来自分别在所述像素上面和下面的扫描线的两个像素，第三多个像素对的每个像素对具有第三个共同方向；
配置为从第三多个像素对的各个差值中为第三多个像素对计算第三个组合差值的第三像素对差值计算器；以及
配置用于如果边缘存在，则将第三个组合差值与第一和第二个组合差值相比较以确定边缘方向的边缘方向计算器。
32.如权利要求31的装置，其中第三多个像素对的每个包括至少三个像素对。
33.如权利要求31的装置，其中第三个组合差值的计算包括加上由第三多个像素对的各个像素对的每个形成的各个差值的每个的绝对值。
34.如权利要求31的装置，其中第三个组合差值的计算还包括将相加的绝对值乘以一个灵敏度因数。
35.如权利要求31的装置，其中第三个共同方向是基本垂直的。
36.如权利要求20的装置，其中边缘自适应内插器还包括逻辑配置为：
如果边缘方向基本垂直，则通过将基本直接在所述像素上方的至少一个像素和基本直接在所述像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值；
如果边缘方向与垂直方向大约成45度，则通过将基本上沿通过所述像素的45度轴的在所述像素上方的至少一个像素和在所述像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值；以及
如果边缘方向与垂直方向大约成135度，则通过将基本上沿通过所述像素的135度轴的在所述像素上方的至少一个像素和在所述像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值。
37.如权利要求36的装置，其中运动自适应内插器包括逻辑，用于将中间像素值与运动值相乘，并且加上来自下一个场的像素值乘以最大运动值与运动值之间的差值，以形成像素的最终内插值。
38.用于在视频信号的去隔行扫描期间内插像素的装置，所述视频信号包括隔行扫描线的至少两个场，每个扫描线包括具有各个强度值的一系列像素，所述装置包括：
运动值生成器，其中运动值生成器比较来自关于像素的连续帧的像素段以生成运动值，所述运动值生成器还包括：
配置为为来自关于所述像素的连续帧的多个像素段的每个计算多个差值的差值计算器，
配置为确定计算的多个差值中最大值的差值比较器，配置为检测关于所述像素是否存在边缘的边缘检测器，以及
以来自差值比较器的计算的多个差值中的最大值为索引并且根据边缘是否存在可选的多个查找表；
配置为检测关于所述像素的边缘方向的边缘方向检测器；所述边缘方向检测器还包括：
配置为形成第一多个像素对的各个差值的第一像素对比较器，每个像素对包括来自分别在所述像素的上面和下面的扫描线的两个像素，第一多个像素对的每个像素对具有第一个共同方向，
配置为计算来自第一多个像素的各个差值的第一多个像素对的第一个组合差值的第一个像素对差值计算器，
配置为形成第二多个像素对的各个差值的第二像素对比较器，每个像素对包括来自分别在所述像素的上面和下面的扫描线的两个像素，第二多个像素对的每个像素对具有第二个共同方向，
配置为计算来自第二多个像素的各个差值的第二多个像素对的第二个组合差值的第二个像素对差值计算器，
配置为将第二组合差值和第一组合差值之间的差值与边缘阈值相比较以确定是否存在边缘的边缘存在逻辑，
配置为形成第三多个像素对的各个差值的第三像素对比较器，每个像素对包括来自分别在所述像素的上面和下面的扫描线的两个像素，第三多个像素对的每个像素对具有第三个共同方向，
配置为计算来自第三多个像素的各个差值的第三多个像素对的第三个组合差值的第三个像素对差值计算器，以及配置为如果边缘存在，则将第三组合差值与第一和第二组合差值相比较以确定边缘方向的边缘方向计算器；
配置为利用检测的边缘方向，在像素处执行边缘自适应内插的边缘自适应内插器，所述边缘自适应内插还包括：
逻辑配置为：如果边缘方向基本垂直，则通过将基本直接在像素上方的至少一个像素与基本直接在像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值；如果边缘方向与垂直方向成大约45度，则通过将沿基本上通过所述像素的45度轴的像素上方的至少一个像素与像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值；如果边缘方向与垂直方向成大约135度，则通过将沿基本上通过所述像素的135度轴的像素上方的至少一个像素与像素下方的至少一个像素平均来形成中间像素值；以及
利用生成的运动值，配置在像素处执行运动自适应内插的运动自适应内插器，其中运动自适应内插器包括逻辑，用于将中间像素值与运动值相乘，并且加上来自下一个场的像素值乘以最大运动值和运动值之间的差值，以形成像素的最终内插值。
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