CN1317893C

CN1317893C - 去交错方法及去交错算法产生方法

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Publication number: CN1317893C
Application number: CNB2004101041876A
Authority: CN
Inventors: 陈浩彰
Original assignee: Via Technologies Inc
Current assignee: Via Technologies Inc
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2024-12-30
Also published as: CN1622614A

Abstract

一种去交错方法及去交错算法产生方法，其中产生一动态调变去交错算法的步骤包括：根据第一线段数据及第二线段数据产生一特征差值；依据特征差值的大小决定混合系数；以及依据混合系数产生动态调变去交错算法，其中混合系数决定第一去交错算法的输出值在动态调变去交错算法的输出值中的比重，而混合系数与一常数的差值决定第二去交错算法的输出值在动态调变去交错算法的输出值中的比重。另外，去交错方法执行动态调变去交错算法，以产生经去交错处理的图像。

Description

去交错方法及去交错算法产生方法

技术领域

本发明涉及一种去交错方法及去交错算法产生方法，特别涉及一种能够产生动态调变去交错算法的去交错算法产生方法以及利用动态调变去交错算法的去交错方法。

背景技术

当视频产业从模拟转移至数字时，目前的视频处理设备大多必须具有将模拟信号转移至数字信号的功能。以目前模拟电视的扫描标准(standard)而言，主要采用的有National Television StandardsCommittee(NTSC)及Phase Alternation by Line(PAL)两种。NTSC方式是以525条的扫描线来构成一个帧(frame)，或是称为画面，也就是以1秒30帧(画面)的速度重复显示，并且以隔行扫描的方式来重现一个画面。换句话说，在第1条扫描线完成后，紧接而来的并非第2线，而是以3、5、7的顺序进行，直至第525线，然后再回到第2线，然后以4、6、8的顺序重复进行，因此实际上所获得光滑且清晰的帧(画面)，是由奇数扫描线、偶数扫描线、奇数扫描线的方式构成的，这就是「隔行扫描」也称为「交错扫描(Interlacing)」的编辑(Format)方式。

交错视频信号由两个视场(field)所组成，其中每一个视场只包含图像的奇数扫描线或图像的偶数扫描线。在进行图像捕捉(imagecapture)的过程中，电视摄影机会在一个瞬间输出图像的奇数扫描线，然后在16.7毫秒后，再输出图像的偶数扫描线。在输出图像的奇数扫描线及偶数扫描线的过程之间，会产生一个时间的位移(temporalshift)，其必须要在以帧基准(frame based)来处理的系统中被定位。然而，此方式对于具有移动属性的动态图像画面而言，会在图像的边缘产生锯齿状(serration)的图像，即所谓「毛边」现象。此外，由于奇数视场和偶数视场是由一半的扫描线(即263/262条线)组成，因此每个奇数视场和偶数视场只有原来图像一半的分辨率(resolution)，而且每个奇数视场和偶数视场是以1/60秒的速度来显示。这样的画面以人眼来看，虽然不至于让人眼的视觉感到不自然(motion artifacts)，但画面一旦放大，便会感到扫描线粗大，甚至会觉得画面模糊。

前述这些在进行「交错扫描」或是「隔行扫描」时的缺点，现在已经可由一种称为「逐行扫描(progressive scan)」的技术来解决。「逐行扫描」是以1、2、3连续至525条线，一次顺序描绘出所有的扫描线，并且以1秒60个画面的速度重现，因此其扫描速度是「隔行扫描」的两倍，因而画面是以525条扫描线在显示器上显示画面，所以画面非常纤细且清晰，这是「逐行扫描」最大的优点，因此目前先进的影音设备大都已采用此方式来扫描及显示。

然而，现行的NTSC系统的图像信号，到目前为止，仍是采用「交错扫描」的方式为主，因此若将交错扫描所组成的画面在「逐行扫描」的显示系统来显示时，例如将一经由交错扫描编辑成的DVD影片，直接在高清晰度电视(HDTV)上播放及显示时，则只能显示奇数视场和偶数场的画面，因此会使得图像的分辨率变差(因只有原来图像一半的分辨率)。为解决此问题，就必须使用「去交错(De-interlace)」的技术来克服，换句话说，「去交错」就是将交错扫描转换成逐行扫描的一种方法。例如将标准清晰度电视(Standard Definition TV：SDTV)转换至高清晰度电视(High Definition TV；HDTV)时，其利用去交错及再取样两个步骤，将扫描线由480条交错扫描(480i)提升至720条逐行扫描(720p)，并且修正奇数扫描线及偶数扫描线的交错扫描图像合并时的对准误差，以产生在视觉上可使人满意的顺序图像。

如前所述，虽然使用去交错的技术可以解决交错扫描系统在逐行扫描系统上显示所产生的分辨率不足问题，但是同样有一不可忽略的状况，就是播放的图像总是在动，若不理会这点，硬是将奇数视场与偶数视场重合，则静态图像部分可得到鲜明的图像，但是对动态图像的部分则一样会有模糊及不自然的现象，所以高画质就不能显示出来了。为此，在去交错处理的技术上，有两种基本的算法可以来选择，即无移动补偿(non-motion compensated)及移动补偿(motion-compensated)。其中，无移动补偿去交错算法包括两种最基本的线性转换技术，分别为编织(Weave)及摆动(Bob)；编织将两个输入视场重叠(overlaid)或是编织在一起，以产生一个顺序帧，编织对于静态画面，可以将不同视场的图像完全对准，因而可得到一个没有衰减的清晰去交错图像，但在移动画面的边缘，却会显示出明显的锯齿状或是毛边，这是因为动态画面会随着时间而产生位移，故将奇数视场与偶数视场编织成一个帧时，就会因为奇数视场与偶数视场之间有一时间位移，因而在将奇数视场与偶数视场编织在一起时，就会因为产生图像对准误差而出现具有锯齿状或是毛边的模糊帧，此现象如图1所示。另一方面，摆动只接受输入图像的其中一视场(例如只接受偶数扫描线的图像)，而另一个视场(即奇数扫描线的图像)则被丢弃(discarded)，因此画面在垂直方向的分辨率大小会从720×486像素(pixel)降低到720×243像素。这个只有一半分辨率的图像，将通过相邻扫描线去填补另一线的空隙空间(voids)，以便将图像内插回到720×486像素；摆动的优点是它可克服不自然动作(motionartifacts)的画面，并且有较小的计算需求，但其缺点是画面的垂直分辨率在经过内插后，仍然只有原来图像的一半，因此顺序画面的细部分辨率就降低了。

由于现行的数字激光视盘(DVD)仍是使用交错扫描系统所拍摄的图像编辑而成，故其播放图像时仍必须透过交错处理来构成一画面，因此当使用高保真(Hi-Fi)的数字电视播放光盘时，为了将交错扫描转换成逐行扫描方式播放，均须在播放装置上选择以编织或是摆动的方法来播放。然而，当选择「编织」方式来播放时，对于移动的图像会产生图像对准误差，故会出现锯齿状或是毛边的画面；而当选择「摆动」方式来播放时，虽然可克服移动图像的图像对准误差，使动态图像可较清晰及自然，但却牺牲了静态图像的垂直分辨率，因此现行的影音播放系统与数字显示系统之间，在经过去交错处理的过程中，无法兼顾动态画面及静态画面的图像品质。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明提供一种能够产生一动态调变去交错算

有鉴于上述课题，本发明提供一种能够产生一动态调变去交错算法的去交错算法产生方法，其步骤包括：首先，根据第一线段数据及第二线段数据产生一特征差值；接着，依据特征差值的大小决定一混合系数；然后依据混合系数产生动态调变去交错算法。在本发明中，混合系数决定第一去交错算法的输出值在动态调变去交错算法的输出值中的比重，而混合系数与一常数的差值决定第二去交错算法的输出值在动态调变去交错算法的输出值中的比重。其中，第一去交错算法为编织(Weave)算法，而第二去交错算法为摆动(Bob)算法。

本发明还提出一种去交错方法，其步骤包括：首先，根据第一线段数据及第二线段数据产生一特征差值；接着，依据特征差值的大小决定一混合系数；再执行一动态调变去交错算法，以产生一经去交错处理的图像；其中依据混合系数产生所述动态调变去交错算法的输出值，混合系数决定第一去交错算法的输出值在动态调变去交错算法的输出值中的比重，而混合系数与一常数的差值决定第二去交错算法的输出值在动态调变去交错算法的输出值中的比重。其中，第一去交错算法为编织算法，而第二去交错算法为摆动算法。

承上所述，因依本发明的去交错方法及去交错算法产生方法能够产生具适应性的动态调变去交错算法，所以能够解决现行的影音播放系统(例如DVD Player)与数字显示系统(例如HDTV或电浆电视)之间，在去交错处理的过程中，仅单纯选择使用编织算法或摆动算法来进行去交错，而无法兼顾动态图像及静态图像的画面质量的问题，使得输出图像画质得到提升。

附图说明

图1为一示意图，显示公知的依据编织去交错算法所取得的具有锯齿状的顺序帧；

图2为一流程图，显示依本发明较佳实施例的去交错方法的流程；

图3A为一示意图，显示具有数个线段的帧以及各线段的像素的亮度值；

图3B为一示意图，显示如图3A所示各线段的特征值；

图3C为一示意图，显示如图3B所示各线段的特征差值，其为相同帧中相邻的两线段的特征差值；

图3D为一示意图，显示如图3B所示各线段的特征差值，其为相异帧中位于相同位置的两线段的特征差值；

图4A为一流程图，显示依据特征差值的大小决定混合系数的步骤的流程；

图4B为一示意图，显示依据特征差值的数值范围与混合系数的关系；以及

图5为一示意图，显示依本实施例所求得的动态调变去交错算法及各像素的输出值。

组件符号说明：

31 帧

311~318 线段

32 帧

321~328 线段

S01~S04 去交错方法的步骤

S11~S12 依据特征差值的大小决定混合系数的步骤

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的去交错方法及去交错算法产生方法。

请参照图2所示，依本发明较佳实施例的去交错方法包括以下步骤：首先，根据第一线段数据及第二线段数据产生一特征差值(步骤S01)，其中，第一线段数据包括第一线段的特征值，第二线段数据包括第二线段的特征值，而特征差值为第一线段的特征值与第二线段的特征值的差值，在此第一线段与第二线段可以是相同帧(intra-frame)中相邻的两线段或是相异帧(inter-frame)中位于相同位置的两线段，而各线段的特征值可以是依据构成各线段的像素的亮度值(Y值)及/或色度值(Cr值、Cb值)计算求得；例如，如图3A所示，在某一帧31中显示的画面可以是奇数视场或是偶数视场，其中包括数个线段311-318，其分别由数个像素所构成，而每个像素中的Y值如各线段中的数字所示，此时，线段311-318的特征值可以利用Y值之和来代表，详细地说，线段311的特征值为其中各像素之Y值的和，如下式所示：

线段311的特征值＝12+66+72+85＝235

另外，另一帧32中显示的画面同样可以是奇数视场或是偶数视场(如图3A所示)，其中包括数个线段321-328，其分别由数个像素所构成，而每个像素中的Y值如各线段中的数字所示，而线段321-328的特征值亦可以利用Y值之和来代表；此时，帧31与帧32中各线段的特征值如图3B所示。如上所述，在步骤S01中，若第一线段与第二线段为相同帧中相邻的两线段，例如为帧31中的线段311与线段312，则所产生的特征差值为(235-212)＝23(如图3C所示)，而帧31中其它线段的特征差值是依据相同方式计算而得到如图3C所示的数值；此外，若第一线段与第二线段为相异帧中位于相同位置的两线段，例如为帧31中的线段311与帧32中的线段321，则所产生的特征差值为(235-163)＝72(如图3D所示)，而帧31中其它线段的特征差值是依据相同方式计算而得到如图3D所示的数值。

接着，依据特征差值的大小决定一混合系数(步骤S02)；其中，混合系数介于0与一常数之间，而本实施例的常数设定为1，所以混合系数介于0与1之间；举例而言，步骤S02中依据特征差值的大小决定混合系数的方法是基于下述原则：当特征差值越大时，混合系数越接近0；当特征差值越小时，混合系数越接近1(即常数)。为使本实施例更加容易清楚，以下将参照图4A与4B所示，说明依据特征差值的大小决定混合系数的步骤，包括设定n个依序递减的临限值，以定义出连续的n+1个数值区段(步骤S11)，并且藉此决定不同的补偿特性曲线；以及判断特征差值位于哪一个数值区段，以决定混合系数(步骤S12)(如图4A所示)。接着如图4B所示，本实施例中所设定的临限值共有8个，分别依序为80、70、60、50、40、30、20、10，故由这些临限值所定义出的数值区段分别为(大于80)、(介于80与70之间)、(介于70与60之间)、(介于60与50之间)、(介于50与40之间)、(介于40与30之间)、(介于30与20之间)、(介于20与10之间)、及(小于10)，此时，当特征差值位于第x个数值区段时，所求得的混合系数可利用下式算出：

其中n为所设定的临限值的数量，如图4B所示，对应上述数值区段的混合系数分别为0、

1。

然后，依据混合系数产生一动态调变去交错算法，其中混合系数决定第一去交错算法的输出值在动态调变去交错算法的输出值中的比重，而混合系数与一常数的差值决定第二去交错算法的输出值在动态调变去交错算法的输出值中的比重(步骤S03)；在本实施例中，当常数为1时，动态调变去交错算法的输出值由下式决定：

动态调变去交错算法的输出值＝

混合系数×第一去交错算法的输出值

+(1-混合系数)×第二去交错算法的输出值

其中，第一去交错算法为一编织(Weave)去交错算法，而第二去交错算法为一摆动(Bob)去交错算法。所以，所求得的动态调变去交错算法如图5所示，其中需注意的是当混合系数为0时，第二去交错算法亦可以是一具有插值的摆动(Bob with interpolation)去交错算法。除此之外，若将上述的动态调变去交错算法的输出值以每个像素的输出值(包括亮度值及/或色度值)来表示，则各像素的输出值可由下式决定(如图5所示)：

像素的输出值(YC_out)＝

混合系数×依第一去交错算法求得的输出值(YC₁)

+(1-混合系数)×依第二去交错算法求得的输出值(YC₂)

另外，依本发明较佳实施例的去交错算法产生方法包括如前所述的步骤S01-S03，故此不再赘述。

最后，执行动态调变去交错算法，以产生一经去交错处理的图像(步骤S04)。

综上所述，由于依本发明的去交错方法及去交错算法产生方法能够产生具适应性的动态调变去交错算法(如步骤S01-S03)，所以能够解决现行的影音播放系统(例如DVD Player)与数字显示系统(例如HDTV或电浆电视)之间，在去交错处理的过程中，仅单纯选择使用编织算法或摆动算法来进行去交错，而无法兼顾动态图像及静态图像的画面品质的问题，使得输出图像画质得到提升。

以上所述仅为举例性，而非为限制性的。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行等效修改或变更，均应包括在所附的权利要求中。

Claims

1、一种去交错方法，包括：

根据第一线段数据及第二线段数据产生一特征差值；

依据所述特征差值的大小决定一混合系数；以及

执行一动态调变去交错算法，以产生一经去交错处理的图像，其中依据所述混合系数产生所述动态调变去交错算法的输出值，所述混合系数决定第一去交错算法的输出值在所述动态调变去交错算法的输出值中的比重，而所述混合系数与一常数的差值决定第二去交错算法的输出值在所述动态调变去交错算法的输出值中的比重。

2、如权利要求1所述的去交错方法，其中所述第一线段数据包括一第一线段的特征值，所述第二线段数据包括一第二线段的特征值，而所述特征差值为所述第一线段的特征值与所述第二线段的特征值的差值，且所述第一线段与所述第二线段为相同帧中相邻的两线段或为相异帧中位于相同位置的两线段。

3、如权利要求1所述的去交错方法，其中所述混合系数介0与1之间，所述常数为1，而所述动态调变去交错算法的输出值由下式决定：

所述动态调变去交错算法的输出值＝

所述混合系数×所述第一去交错算法的输出值

+(1-所述混合系数)×所述第二去交错算法的输出值

4、如权利要求1所述的去交错方法，其中当所述混合系数为0时，所述第二去交错算法为一摆动去交错算法或一具有插值的摆动去交错算法。

5、如权利要求1所述的去交错方法，其中依据所述特征差值的大小决定所述混合系数的步骤包括：

设定n个依序递减的临限值，以定义出连续的n+1个数值区段；

以及

判断所述特征差值位于哪一个数值区段，以决定所述混合系数。

6、一种去交错算法产生方法，包括：

根据一第一线段数据及一第二线段数据产生一特征差值；

依据所述特征差值的大小决定一混合系数；以及

依据所述混合系数产生一动态调变去交错算法，其中所述混合系数决定第一去交错算法的输出值在所述动态调变去交错算法的输出值中的比重，而所述混合系数与一常数的差值决定第二去交错算法的输出值在所述动态调变去交错算法的输出值中的比重。

7、如权利要求6所述的去交错算法产生方法，其中所述第一线段数据包括一第一线段的特征值，所述第二线段数据包括一第二线段的特征值，而所述特征差值为所述第一线段的特征值与所述第二线段的特征值的差值，且所述第一线段与所述第二线段为相同帧中相邻的两线段或为相异帧中位于相同位置的两线段。

8、如权利要求6所述的去交错算法产生方法，其中所述混合系数介0与1之间，所述常数为1，而所述动态调变去交错算法的输出值由下式决定：

所述动态调变去交错算法的输出值＝

所述混合系数×所述第一去交错算法的输出值

+(1-所述混合系数)×所述第二去交错算法的输出值

9、如权利要求6所述的去交错算法产生方法，其中当所述混合系数为0时，所述第二去交错算法为一摆动去交错算法或一具有插值的摆动去交错算法。

10、如权利要求6所述的去交错算法产生方法，其中依据所述特征差值的大小决定所述混合系数的步骤包括：

设定n个依序递减的临限值，以定义出连续的n+1个数值区段；以及