CN1273930C - 转换器和转换方法以及图像处理设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于把输入图像系列(110-114)转换为输出图像系列(116-126)的转换器(200)。连续的输入图像(110-114)之间的时间间隔(128、130)可能不相等。连续的输出图像(116-126)之间的时间间隔(例如132)基本上彼此相等。通过在输入图像(110-114)之间进行运动补偿的内插来计算输出图像(116-126)。

Description

转换器和转换方法以及图像处理设备
技术领域
本发明涉及图像处理设备，包括：
基于处理器的图形流水线，用于产生包括相继的第一输入图像和第二输入图像的第一输入图像系列；
转换器，包含：
-接收第一输入图像系列的装置；和
-根据第一输入图像系列计算输出图像系列的装置，其中一个输出图像与可能存在的前一图像隔开预定的时间间隔；以及
显示输出图像系列的显示装置。
本发明还涉及转换器，包括：
接收包括相继的第一输入图像和第二输入图像的第一输入图像系列的装置；以及
根据第一输入图像系列计算输出图像系列的装置，其中一个输出图像与可能存在的前一图像隔开预定的时间间隔。
本发明还涉及转换方法，包括：
接收包括相继的第一输入图像和第二输入图像的第一输入图像系列的步骤；以及
根据第一输入图像系列计算输出图像系列的步骤，其中一个输出图像与可能存在的前一图像隔开预定的时间间隔，和
计时步骤，用以确定产生第一输入图像的第一时间和产生第二输入图像的第二时间之间的第一时间间隔，以及在计算所述输出图像系列的步骤中，通过根据第一时间间隔在第一输入图像和第二输入图像之间内插来计算特定输出图像。
背景技术
在开始段落中描述的这种图像处理设备见于《计算机图形原理及应用》(“Computer Graphics Principles and Practice”by J.D.Foley，A.van Dam，S.K.Feiner，J.F Hughes，from Addison-Wesley，Readingetc，1996)。该书的第四章描述了由图形流水线所产生的图像数据按照常规存储在帧缓冲器中。视频控制器访问该帧缓冲器，从而把数据发送到显示装置。
显示装置上显示图像的频率被称为显示刷新率。帧缓冲器更新(即，把图像数据写入帧缓冲器)通常是可变的并且与显示刷新率不能适当配合。为了防止显示器上的图像中出现可见的非自然信号，可采用双重缓冲。这意味着，在帧缓冲器中的一个被图形流水线更新的同时，视频控制器可访问另一个。帧缓冲器和视频控制器的组合就是转换器。
发明内容
然而，由于例如图形流水线的系统资源不足，与显示帧速率相比，帧缓冲器的更新速率可能较慢。这严重影响了显示器上看到的图像质量。特别是运动可能会显示为抖动的。图形流水线的资源可包括处理器、存储装置和数据总线。
本发明的第一目的是提供一种在开始段落中描述的图像处理设备，它能够比较平滑地显现图像中的运动。
本发明的第二目的是提供一种在开始段落中描述的转换器，它能够产生显示比较平滑的运动的输出图像系列。
本发明的第三目的是提供一种在开始段落中描述的、产生显示比较平滑的运动的输出图像系列的转换方法。
本发明的第一目的是这样实现的：转换器设计为确定产生第一输入图像的第一时间和产生第二输入图像的第二时间之间的第一时间间隔，并且通过根据第一时间间隔在第一输入图像和第二输入图像之间内插来计算特定输出图像，所述转换器还包括用于接收第二输入图像系列的第二装置，并且所述转换器设计成根据第一输入图像系列和第二输入图像系列的图像来计算输出图像系列。这种转换器的主要优点在于，它通过输入系列的图像的时间内插来产生新图像。根据先有技术的图像设备只是“复制”图像：它把原始图像显示若干次。采用根据本发明的转换器，输出图像系列中除新图像之外，还能够包括输入系列的图像的副本。为了控制内插，转换器需要关于各种输入图像的产生时间的信息。因此，即使第一时间间隔与在产生输入系列的第二输入图像的第二时间和产生第三输入图像的第三时间之间的第二时间间隔相差很大，所述转换器也有效。第一时间间隔和第二时间间隔可能例如因为图形流水线资源上的可变负载而不同。时间内插在Philips电视系统中的上变频中是已知的。然而在该情况下输入系列的连续图像之间的时间间隔彼此相等。因此在该情况下不需要为了控制内插而确定时间间隔。
根据本发明的图像处理设备的实施例还包括用于控制计算输出图像系列的装置的运动估算器，以便执行运动补偿内插。这可以是例如G.de Haan等人在《采用3-D递归搜索块匹配的实际运动估算》(“True motion estimation with 3-D recursive search block-matching，”inProceedings IEEE Transactions on Circuits and Systems for VideoTechnology，1994，vol.3，pp.249-256)中描述的运动估算器。运动补偿内插的优点在于改进了图像质量。对于运动估算，它可以采用两个以上的连续图像。对于内插也可以采用两个以上的连续图像。
根据本发明的图像处理设备的实施例还包括用于接收第二输入图像系列的第二装置，并且转换器设计为根据第一输入图像系列和第二输入图像系列的图像计算输出图像系列。本实施例的一个实例是能够将视频图像序列与由图形流水线产生的图形(表示电视机的设置，即银幕上显示)一起进行上变频的电视机。转换器的一些部件能够被共用从而节约成本。可以分为以下两种共用类型：
时间上的共用：转换器的一些部件交替用于处理第一输入系列的图像和第二输入系列的图像。可任选地临时存储中间结果。
空间上的共用：采用第一系列的图像的部分与第二输入系列的图像的部分合并的事实。可能共用例如与这些部分对应的存储单元。
在根据本发明的图像处理设备的实施例中，转换器设计为：
通过在第一输入图像系列的第一输入图像和第二输入图像之间内插，计算第一中间运动补偿内插图像；
通过在第二输入图像系列的图像之间内插，计算第二中间运动补偿内插图像；以及
合并第一中间图像和第二中间图像，以便创建组合的输出图像。
可以改变内插和合并的顺序。但是，为本实施例选择的顺序产生输出图像的最佳图像质量。
本发明的第二目的是这样实现的：转换器设计为确定产生第一输入图像的第一时间和产生第二输入图像的第二时间之间的第一时间间隔，且通过根据第一时间间隔在第一输入图像和第二输入图像之间内插来计算特定的输出图像，该转换器还包括用于接收第二输入图像系列的第二装置，以及所述转换器设计为根据第一输入图像系列和第二输入图像系列的图像来计算输出图像系列。
在本发明的转换方法中，所述计算输出图像系列的步骤包括接收第二输入图像系列，并且根据第一输入图像系列和第二输入图像系列的图像来计算所述输出图像系列。
附图说明
结合以下所述的实现和实施例并且参照附图，会理解根据本发明的图像处理设备和转换器的这些及其它方面，其中：
图1A示意地说明图像处理设备的实施例；
图1B示意地说明带有运动估算器的图像处理设备的实施例；
图1C示意地说明设计为同时处理两个输入图像系列的图像处理设备的实施例；
图2A示意地说明转换器的实施例；
图2B示意地说明带有运动估算器的转换器的实施例；
图2C示意地说明设计为同时处理两个输入图像系列的转换器的
实施例；以及
图3示意地说明把两个系列的输入图像内插到时域中并且合并成一个输出图像系列。
具体实施方式
图1A示意地说明图像处理设备100的实施例，它包括：
带有处理器108的图形流水线101；
转换器105，它配有：
-用于接收由图形流水线101产生的第一输入图像系列110-114的装置102；以及
-用于计算输出图像系列116-126的装置104；以及
用于显示输出图像的显示装置106。该显示装置是可选的。输出图像还可以显示在图像处理设备100外部的显示装置上，例如在机顶盒的情况中。
分别在时间T1、T2和T3产生第一输入图像110、第二输入图像112以及第三输入图像114。转换器105设计为确定连续输入图像之间的时间间隔，例如T1和T2之间的第一时间间隔128或T2和T3之间的第二时间间隔130。为了确定时间间隔128、130，转换器105需要关于输入图像产生时间的信息。该信息由图形流水线101的处理器108提供。输入图像的产生之间的各种时间间隔128、130可能不相等。输出图像116-126在相应时间TA、TB、TC、TE、TF产生。两个输出图像(例如116、118)之间的时间间隔132基本上等于预定值。通过在输入图像系列的图像之间内插来计算输出图像116-126。下表给出输入和输出图像之间关系的实例。
  输出图像   基于的输入图像
  116   110和112
  118   110和112
  120   112和114
  122   112和114
  124   112和114
  126   112和114
图1B示意地说明具有包括运动估算器109的转换器107的图像处理设备103的实施例。这可以是例如G.de Haan等人在《采用3-D递归搜索块匹配的实际运动估算》(“True motion estimation with 3-Drecursive seach block-matching，”in Proceedings IEEE InternationalConference on Circuits and Systems for Video Technology，1994，vol.3，pp.249-256)中描述的运动估算器。运动估算器109向计算输出图像系列116-126的装置104提供运动矢量场。这些运动矢量场的矢量用于移动像素块，即输入图像110-114的一些部分，以便计算运动补偿后的输出图像116-126。计算输出图像系列的装置104需要三种输入：
输入图像，是像素值的二维阵列；
运动矢量场，是矢量的二维阵列；以及
定时，指示各种图像的产生时间的标量值。
图1C示意地说明设计为同时处理两个输入图像系列的图像处理设备111的实施例。除了第一输入图像系列308、310，还提供了第二输入图像系列302-306。第二系列的输入图像302-306是图像处理设备111外部产生的。第二系列的输入图像302-306通过输入连接器106提供给处理设备111。这些图像可能来自例如广播或本地存储装置。转换器113包括用于接收和缓冲第二输入图像系列302-306的第二装置115。输入图像302、304、306各自创建的时刻T1、T3和T4之间的时间间隔是相等的。第一系列和第二系列的图像大小可能不同。计算输出图像系列的装置104设计为即使图像大小不同也能将其合并。这可以通过图像缩放来实现。还可以把一个系列的整个图像与另一系列的一部分在后者图像明显大于前者图像的情况下合并。
图2A示意地说明转换器200的实施例。转换器200在其输入连接器206上要求输入图像系列110-114。输入图像110-114缓存在接收装置202的存储器中。接收装置的存储器设计为存储至少两个输入图像。转换器200在其输出连接器208上提供输出图像系列116-126。转换器200在其控制连接器201上对于各个输入图像110-114要求关于创建时间T1-T3的信息。输出图像116-126是以相等的时间间隔产生的：在每个预定的时间间隔132之后，装置204根据存储在接收装置202的存储器中的输入图像进行计算，从而产生新的输出图像。计算装置204运用的内插是通过输入图像创建时间T1-T3和特定输出图像的创建时间TA、TB、TC、TD、TE、TF之间的关系来控制的。
图2B示意地说明包括运动估算器205的转换器203的实施例。运动估算器205向计算输出图像系列的装置204提供运动矢量场。这些运动矢量场的矢量用于移动像素块，即输入图像110-114的部分，以便计算运动补偿后的输出图像116-126。
图2C示意地说明设计为同时处理两个输入图像系列的转换器207的实施例。第一输入图像系列在第一输入连接器206提供给转换器207。第二输入图像系列在第二输入连接器211提供给转换器207。第一系列的子集存储在用于接收的第一装置202的存储器中。第二系列的子集存储在用于接收的第二装置209的存储器中。运动估算器205在计算对应于第一系列图像的运动矢量场和计算对应于第二系列图像的运动矢量场之间切换。这些运动矢量场输入到计算装置204。可选地临时存储运动矢量场。计算装置204通过输入系列之一的输入图像的运动补偿内插来计算第一中间图像。在根据另一系列的输入图像计算第二中间图像之后，在输出连接器208合并和提供第一和第二中间图像。
图3示意地说明两个系列的输入图像302-310在时域中内插并且合并成一个输出图像系列316-324。第一输入图像系列包括分别在T2、T5产生的图像308、310。在图像308的左下角的箭头312表示垂直方向。在图像310的左下角的箭头314表示水平方向。两个图像系列如图2C中描述的提供到转换器207。转换器207的输出是运动补偿内插输出图像系列316-324。在后面这些图像的每一个中，箭头326-334表示垂直和水平之间的一些状态。因为第一输入系列的图像和第二输入系列的图像分开内插，没有可见非自然信号引入对应于输出图像316-324中出现的箭头326-334的像素的直接相临区。
应当指出，上述实施例说明而非限定本发明，在不背离所附权利要求书的范围的前提下，本领域的技术人员能够设计其它实施例。在权利要求书中，任何括号间的参考符号不应视为限定权利要求书。“包括”一词不排除权利要求书中未列出的部件或步骤的存在。部件前面的词“一个”不排除多个这种部件的存在。本发明可以通过包括几个不同部件的硬件以及通过适当编程的计算机实现。在转换器权利要求中列举多个装置，这些装置中的多个可通过同一项硬件来实施。

Claims (8)

1.一种图像处理设备(100)，包括：
基于处理器(108)的图形流水线(101)，用于产生包括相继的第一输入图像(110)和第二输入图像(112)的第一输入图像系列(110-114)；
转换器(105)，包含：
-接收所述第一输入图像系列(110-114)的装置(102)；和
-根据所述第一输入图像系列计算输出图像系列(116-126)的装置(104)，其中一个输出图像(118)与可能存在的前一图像(116)隔开预定的时间间隔(132)；以及
显示所述输出图像系列(116-126)的显示装置(106)，
其中所述转换器(105)设计为确定产生所述第一输入图像(110)的第一时间(T1)和产生所述第二输入图像(112)的第二时间(T2)之间的第一时间间隔(128)，并且通过根据所述第一时间间隔(128)在所述第一输入图像(110)和所述第二输入图像(112)之间内插来计算特定输出图像(116，118)，
其特征在于，所述转换器(113)还包括用于接收第二输入图像系列(302-306)的第二装置(115)，并且所述转换器(113)设计成根据所述第一输入图像系列(308，310)和所述第二输入图像系列(302-306)的图像来计算所述输出图像系列(316-324)。
2.如权利要求1所述的图像处理设备(103)，其特征在于，所述转换器(107)还包括运动估算器(109)，用于控制计算所述输出图像系列(116-126)的装置(104)，以便执行运动补偿内插。
3.如权利要求1所述的图像处理设备(111)，其特征在于，所述转换器(113)设计为：
通过在所述第一输入图像系列的所述第一输入图像(110)和所述第二输入图像(112)之间内插，计算第一中间运动补偿内插图像；
通过在所述第二输入图像系列的图像之间内插，计算第二中间运动补偿内插图像；以及
把所述第一中间图像与所述第二中间图像合并，以便产生组合的输出图像。
4.一种转换器(200)，包括：
用于接收包括相继的第一输入图像(110)和第二输入图像(112)的第一输入图像系列的装置(202)；以及
根据所述第一输入图像系列计算输出图像系列(116-126)的装置(204)，其中一个输出图像(118)与可能存在的前一图像(116)隔开预定的时间间隔(132)，并且
被设计为确定产生所述第一输入图像(110)的第一时间(T1)和产生所述第二输入图像(112)的第二时间(T2)之间的第一时间间隔(128)，且通过根据所述第一时间间隔(128)在所述第一输入图像(110)和所述第二输入图像(112)之间内插来计算特定输出图像(116，118)，
其特征在于，还包括用于接收第二输入图像系列(302，306)的第二装置(209)，以及所述转换器(207)设计为根据所述第一输入图像系列(308，310)和所述第二输入图像系列(302，306)的图像来计算所述输出图像系列(316-326)。
5.如权利要求4所述的转换器(203)，其特征在于，还包括运动补偿器(205)，用于控制计算所述输出图像系列(116-126)的所述装置(204)，以便执行运动补偿内插。
6.如权利要求4所述的转换器(207)，其特征在于，还包括用于接收第二输入图像系列(302，306)的第二装置(209)，以及所述转换器(207)设计为根据所述第一输入图像系列(308，310)和所述第二输入图像系列(302，306)的图像来计算所述输出图像系列(316-326)。
7.如权利要求4所述的转换器(207)，其特征在于被设计为：
通过在所述第一输入图像系列的所述第一输入图像(110)和所述第二输入图像(112)之间内插来计算第一中间运动补偿内插图像；
通过在所述第二输入图像系列的图像之间内插来计算第二中间运动补偿内插图像；以及
把所述第一中间图像与所述第二中间图像合并，以便产生组合的输出图像。
8.一种转换方法，包括：
接收包括相继的第一输入图像(110)和第二输入图像(112)的第一输入图像系列的步骤；以及
根据所述第一输入图像系列计算输出图像系列的步骤，其中一个输出图像(118)与可能存在的前一图像(116)隔开预定的时间间隔(132)，和
计时步骤，用以确定产生所述第一输入图像(110)的第一时间(T1)和产生所述第二输入图像(112)的第二时间(T2)之间的第一时间间隔(128)，以及在计算所述输出图像系列(116-126)的步骤中，通过根据所述第一时间间隔(128)在所述第一输入图像(110)和所述第二输入图像(112)之间内插来计算特定输出图像，
其特征在于，所述计算输出图像系列的步骤包括接收(115)第二输入图像系列(302-306)，并且根据所述第一输入图像系列(308，310)和所述第二输入图像系列(302-306)的图像来计算所述输出图像系列(316-324)。
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