CN1512774A

CN1512774A - 用于隔行至渐进式变换的高级边缘自适应插值方法和系统

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Publication number: CN1512774A
Application number: CNA2003101246369A
Authority: CN
Inventors: J; J·蒋
Original assignee: Trident Microsystems Inc
Current assignee: Entropic Communications LLC
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: TW200414752A; JP3893375B2; CN1252999C; KR100582860B1; JP2004201308A; TWI231706B; US20040114833A1; US7242819B2; KR20040052195A

Abstract

一种改进的边缘自适应插值方法和系统。该方法利用“9×2”窗口以根据后处理探测边缘方向从而消除由于可能的错误边缘探测而引起的任何假象，还采用分级方案来减少所需的计算。该方法沿着当前像素探测是否存在边缘。如果没有边缘，则边缘探测输出将为90度(将沿着垂直方向执行插值)。如果存在边缘，则该方法确定边缘方向是否处于第一或第二方向组。一旦边缘方向分配给特定组(例如0－90度或90－180度)，则将在五个(5)可能方向当中探测边缘方向。为了进一步提高边缘探测精度，并消除错误边缘方向探测的可能性，可以对边缘方向信号应用后处理技术。在边缘信号后处理之后，边缘方向信息然后传到边缘自适应插值块以沿着所探测的边缘方向执行插值。另一种后处理技术也可以应用于边缘自适应插值信号以进一步消除由于错误的边缘方向探测造成的可能的噪声。

Description

用于隔行至渐进式变换的高级边缘自适应插值方法和系统

技术领域

本发明总体来说涉及图象处理方法和系统，具体来说涉及一种用于隔行至渐进式变换的高级边缘自适应插值方法和系统，其可以用来改善失常图象的分辩率。

背景技术

隔行扫描方案已经在当前显示监视系统中被广泛采用，这些系统包括电视系统。在典型的隔行扫描系统中，视频场的序列在奇数场(例如含有奇数线的场)和偶数场(例如含有偶数线的场)之间交替。接收场序列的传统显示监视器再现在序列中的每个视频场。每个场显示在显示屏上，例如电视机。例如，首先利用奇数扫描线显示奇数场，然后利用偶数扫描线显示偶数场，等等。

这种隔行扫描系统有许多缺陷，例如边缘闪烁、线闪烁以及线变形。而且，随着对运用大型屏幕显示的需求的增长，这些问题变得更加突出。隔行至非隔行的变换是消除这些问题的一种很好的解决方案。

隔行至非隔行的变换包括在隔行信号中的两个相邻线之间产生丢失线。运动自适应隔行至非隔行的变换广泛地应用在当前可用于隔行至非隔行变换器中。在这种变换器中，每个像素被分成运动或静态的像素。对于每个静态像素，由于相邻场之间没有运动因此执行场介入以产生丢失的像素。对于图象的静态部分将保持同样的垂直分辨率。对于每个运动像素，执行场内插值以产生丢失的像素。

通常，大多数变换器仅利用场内插值的垂直内插。对于图象的运动部分没有运动效果。但是，锯齿形的边缘可能导致具有斜纹边缘的图像对象。由插值引起的锯齿形的边缘具有视觉烦扰的缺陷，并且有时可能比隔行显示上糟糕的情况还要糟。利用边缘自适应插值来处理显示信号可以消除或减少可能由现有技术系统的运动自适应隔行至渐进式变换造成的锯齿形的边缘缺陷。边缘自适应插值将通过沿着边缘方向执行插值来解决该问题。

为了沿着边缘方向执行插值，探测经过丢失的像素的边缘方向的方式是很重要的。沿着图像对象边缘进行的边缘自适应插值包括正确确定经过丢失的像素(该像素的产生用于形成在被转换的隔行扫描信号中存在的相邻线之间的插值线)的边缘的方向。现有的方法利用各种“窗口”尺寸来探测可能的边缘方向。例如，某些系统在丢失的像素周围利用“3×2”窗口，其仅允许探测三个(3)可能的方向。另一些方法利用象“7×2”那么大的窗口，其提供要探测的七个(7)可能的方向。这种方法的一种实例在序号为10/154，628的美国专利申请中描述过，其名为“Method and System for Edge-Adaptive Interpolation forInterlace-to-Progressive Concern(关于隔行至渐进的边缘自适应插值的方法和系统)”，该申请已经转让给本受让人并且在此作为参考完整地结合其全部内容。本领域普通技术人员将理解“7×2”窗口所需的计算要比“3×2”窗口的高很多。即，窗口尺寸越大所需的计算量就越大。此外，由于较大的窗口尺寸，因此存在错误边缘方向探测的极大可能性。一旦出现错误的边缘方向，在插值画面上就可能会出现视觉干扰点。

因此，某些现有的边缘自适应插值方法仅采用“3×2”窗口以使计算量以及错误探测的可能性最小化。但由于“3×2”窗口，因此插值可以仅沿着45度、90度和135度方向变化。结果将显示出失真，即多个边缘仍将显示出锯齿形。利用“7×2”窗口的方法提供了一些对传统“3×2”系统的改进。但是，即使这些改进的方法在单个像素或点的周围执行探测，也没有有效地利用能够增加探测过程的精确度的相邻信息。

本发明提供对这些现有的边缘自适应插值方法和系统的改进。尤其是，本发明提供一种改进的系统和方法，其在一个像素周围利用一个“9×2”窗口，与来自相邻像素的信息一起提供边缘自适应插值。

发明内容

本发明提供一种改进的边缘自适应插值的方法和系统。在一种实施例中，该方法利用“9×2”窗口以根据后处理探测边缘方向从而消除由于可能的错误边缘探测而引起的任何假象。还可以采用分级方案来减少所需的计算。首先，该方法沿着当前像素探测是否存在边缘。如果没有边缘，则边缘探测输出将为90度(将沿着垂直方向执行插值)。如果存在边缘，则该方法确定边缘方向是处于0和90度之间还是处于90和180度之间。一旦边缘方向分配给特定组(例如0-90度或90-180度)，则将在五个(5)可能方向当中探测边缘方向。上述边缘探测过程提供最初的边缘方向确定。为了进一步提高边缘探测精度，并消除错误边缘方向探测的可能性，对边缘方向信号应用后处理技术。在边缘信号后处理之后，边缘方向信息随之传到边缘自适应插值块以沿着所探测的边缘方向执行插值。另一种后处理技术也可以应用于边缘自适应插值信号以进一步消除由于错误的边缘方向探测而造成的可能的噪声。

根据本发明的一个方面，提供一种提高失常(pixilated)图象分辩率的边缘自适应插值方法。该方法包括下列步骤：接收用于第一组像素和第二组像素的数据；确定图象内的边缘是否通过位于第一和第二组像素之间的第一像素以及该边缘是以第一集合方向延伸还是以第二集合方向延伸从而识别选出的一集合方向，其中确定步骤包括：为第一和第二集合方向中的每个方向计算相关值；通过给选出的一集合方向选择最小相关值从而从所选的一集合方向中确定方向信号；在选出的方向信号上执行后处理程序从而基本消除可能的错误；以及根据所选方向为第一像素确定亮度值。

根据本发明的另一方面，提供一种提高失常图象分辩率的系统。该系统包括接收用于第一组像素和第二组像素的数据的第一部分。第二部分确定图象内的边缘是否通过位于第一和第二组像素之间的第一像素以及该边缘是以第一集合方向延伸还是以第二集合方向延伸从而识别选出的一集合方向。第二部分适于通过计算第一和第二集合方向中的每个方向相关值来作出确定。第三部分通过给选出的一集合方向选择最小相关值从而从所选的一集合方向中确定方向信号。第四部分在选出的方向信号上执行后处理程序从而基本消除可能的错误。该系统还包括第五部分，它根据所选方向确定第一像素的亮度值。

通过参照附图并参考以下说明，本发明的这些和其他特征及优点将变得明显。

附图说明

附图1显示为本发明一种实施例中的可以用于探测边缘方向的9×2象素窗口。

附图2是显示根据本发明的一种实施例的边缘自适应插值方法和系统的方块图。

附图3是显示根据本发明的一种实施例的边缘方向探测方法和系统的方块图。

附图4是显示根据本发明的一种实施例的基于相关性探测边缘方向的方法和系统的方块图。

附图5是显示根据本发明的一种实施例的后处理边缘信号的方法和系统的方块图。

附图6A是根据本发明的一种实施例的五点中值处理方法和系统中所用的一组像素。

附图6B是显示根据本发明的一种实施例的五点中值处理方法和系统的方块图。

附图7是显示根据本发明的一种实施例的执行边缘连续性检查的方法和系统的方块图。

附图8是显示根据本发明的一种实施例的产生插值像素的方法和系统的方块图。

附图9显示为根据本发明的一种实施例的后处理方法和系统中所用的一组像素。

附图10是显示根据本发明的一种实施例的后处理方法和系统的方块图。

附图11A是显现仅利用垂直插值的隔行至渐进式变换的结果的图象局部屏幕照片。

附图11B是利用已提出的不进行后处理的边缘自适应插值方法和系统的一种实施例而进行了隔行至渐进式变换之后的附图11A中所示的图象局部屏幕照片。

附图11C是利用已提出的包括本说明书所述的后处理的边缘自适应插值方法和系统的一种实施例而进行了隔行至渐进式变换之后的附图11A和11B中所示的图象局部屏幕照片。

具体实施方式

下面将参照附图详细说明本发明，这作为本发明的说明性实例提供从而使本领域普通技术人员能够实现本发明。特别的，本发明的特定元件可以利用软件、硬件、固件或它们的任意组合来实现，这对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的，并且下面的附图和实例并不意味着限制本发明的范围。而且，在本发明的特定元件可以利用公知部件局部或全部实现的地方，仅说明理解本发明所必需的该公知部件的那些部分，并且省略关于该公知部件的其他部分的详细说明以便不混淆本发明。附图中已经显示了本发明的优选实施例，且同样的附图标记用来指示各个附图中同样且相应的部分。

在详细解说下面的实施例之前，先定义或阐明一些术语。这里，当三个或更多的项进行比较时术语“较近的”和其他比较性术语解释为“最近的”。

术语“实际图象”、“实际边缘”和“实际方向”对应于物理对象或失常图象对应的不同图象。实际图象、实际边缘和实际方向都是将作为失常图象输出的输入的一部分。理想地，失常图象将基本等同于实际图象。

本发明提供改进的边缘自适应插值方法和系统。在一种实施例中，该方法利用“9×2”窗口根据后处理来探测边缘方向从而消除由于可能的错误边缘探测而造成的任何假象。还可以采用分级方案来减少所需的计算。首先，该方法沿着当前像素探测是否存在边缘。如果没有边缘，则边缘探测输出将为90度(将沿着垂直方向执行插值)。如果存在边缘，则该方法确定边缘方向是处于0和90度之间还是处于90和180度之间。一旦边缘方向分配给特定组(例如0-90度或90-180度)，则将在五个(5)可能方向当中探测边缘方向。上述边缘探测处理提供最初的边缘方向确定。为了进一步提高边缘探测精度，并消除错误边缘方向探测，可以对边缘方向信号应用后处理技术。在边缘信号后处理块之后，边缘方向信息随之可以传到边缘自适应插值块以沿着所探测的边缘方向执行插值。另一种后处理技术也可以应用于边缘自适应插值信号以进一步消除由于不正确的边缘方向探测而造成的可能的噪声。

为了沿着图像对象的边缘执行边缘自适应插值，要正确地确定通过丢失的像素的边缘的方向。一旦正确确定了该方向，就可以产生像素以在被转换的隔行扫描信号中存在的相邻线之间形成插值线。多种窗口尺寸可以用来探测可能的边缘方向。例如，附图1显示了“9×2”像素窗口10(即来自在要被插值的线的任一侧上的两个隔行扫描信号线的九个像素对，每个像素对中的一个像素属于各个隔行扫描线)，该窗口可以用来探测产生插值像素12的边缘方向。对于“9×2”像素窗口10，具有十一个可能的边缘方向，由边缘方向线14-34表示。两排的九个像素代表在进行本发明之前由处理器或系统接收到的数据。虽然优选实施例讨论了“9×2”窗口的用途，但应当理解本发明并不局限于这种尺寸的窗口，该系统和方法还可以利用具有不同尺寸的窗口(例如更大或更小的尺寸)，如“7×2”或“5×2”窗口。

像素Y00至Y08是丢失线正上方的线的像素且Y10至Y18是丢失线正下方的线的像素。利用窗口10执行的边缘自适应插值处理按如下步骤进行：如果所探测的边缘是沿着与点Y00和Y18相交的边缘方向线14(对应于L9的边缘方向，在一种实施例中可以大约等于166度)，则像素12设置等于(Y00+Y18)/2。如果所探测的边缘是沿着与点Y01和Y17相交的边缘方向线16(对应于L7的边缘方向，在一种实施例中可以大约等于161.5度)，则像素12设置等于(Y01+Y17)/2。如果所探测的边缘是沿着与点Y02和Y16相交的边缘方向线18(对应于L5的边缘方向，在一种实施例中可以大约等于153度)，则像素12设置等于(Y02+Y16)/2。如果所探测的边缘是沿着与点Y03和Y15相交的边缘方向线20(对应于L3的边缘方向，在一种实施例中可以大约等于135度)，则像素12设置等于(Y03+Y15)/2。如果所探测的边缘是沿着与点Y03和Y14相交的边缘方向线22(对应于R2的边缘方向，在一种实施例中可以大约等于117度)，则像素12设置等于(Y03+Y04+Y14+Y15)/4。如果所探测的边缘是沿着与点Y05和Y14相交的边缘方向线26(对应于L2的边缘方向，在一种实施例中可以大约等于63度)，则像素12设置等于(Y04+Y05+Y13+Y14)/4。如果所探测的边缘是沿着与点Y05和Y13相交的边缘方向线26(对应于R3的边缘方向，在一种实施例中可以大约等于45度)，则像素12设置等于(Y05+Y13)/2。如果所探测的边缘是沿着与点Y06和Y12相交的边缘方向线28(对应于R5的边缘方向，在一种实施例中可以大约等于27度)，则像素12设置等于(Y06+Y12)/2。如果所探测的边缘是沿着与点Y07和Y11相交的边缘方向线30(对应于R7的边缘方向，在一种实施例中可以大约等于18.5度)，则像素12设置等于(Y07+Y11)/2。如果所探测的边缘是沿着与点Y08和Y10相交的边缘方向线32(对应于R9的边缘方向，在一种实施例中可以大约等于14度)，则像素12设置等于(Y08+Y10)/2。否则，像素12设置等于(Y04+Y14)/2，其与沿着90度线34的探测边缘方向或无边缘相对应。为了说明，像素(例如Y00-Y18)的参考标记标识该像素并表示其亮度值。

在边缘自适应插值中的一个重要步骤是探测边缘方向。本发明对现有探测方法和系统做了改进，现有技术例如有序号为10/154，628名称为“MethodandSystem for Edge-Adaptive Interpolation for Interlace-to-Progressive Concern(关于隔行至渐进的边缘自适应插值的方法和系统)”的美国专利申请(“‘628申请”)以及序号为10/038，277名称为“Method and System for Single-Chip Integration of3D Y/C Comb Filter and Interlace-to-Progressive Converter(3D Y/C梳状滤波器和隔行至渐进式变换器的单片集成方法和系统)”的美国专利申请(“‘277申请”)，这两个申请已经转让给本受让人并且在此作为参考完整地结合其全部内容。同以上引用的发明一样，这里所述的方法和系统可以在宽泛的显示器种类范围内实现，例如HDTV(高分辨率电视)显示监视器、准HDTV显示监视器、渐进式扫描显示监视器等等。

而且，同‘628申请中所述的在先发明一样，本发明采用分级方案来简化探测计算。但是，在本发明中，在探测边缘方向信号上实现复杂的后处理块从而改善边缘探测性能并且基本消除或减少错误方向探测。

本发明利用三个常规步骤来识别通过插值像素12的边缘的方向。在第一步骤中，该方法和系统确定是否有通过插值像素12的边缘。在第二步骤中，如果边缘通过像素12，则该方法和系统将十一个可能的边缘方向分成三组，并将探测的边缘分配到一个组。第一组包括从0到90度范围内的L9、L7、L5、L3和L2方向。第二组包括大约为90度的方向，这意味着没有边缘存在或沿着90度方向存在边缘。第三组包括从90到180度范围内的R2、R3、R5、R7和R9方向。在第三步骤中，一旦边缘方向被分配到一个组，该系统和方法就在每组内确定可能方向中的边缘方向。然后探测的边缘方向信号可以传到后处理块以改善边缘探测性能并且消除错误探测的可能性。

附图2显示为根据本发明的一种实施例的边缘自适应插值方法和系统的方块图50。虽然本发明主要对于系统50进行说明，但应当理解附图2中所示的各个部分或块(以及其他附图中所示的部分或块)可以代表逻辑步骤或过程和/或用来执行逻辑步骤或过程的硬件和/或软件。还应当理解所显示的任何一个或多个部分或块可以在计算机可读媒介中作为系统的部分实现。在优选实施例中，可以用传统的硬件、软件和/或固件来执行逻辑步骤和/或过程。如图2所示，系统50包括边缘方向探测部分或块52、插值部分或块54以及后处理部分或块56。

边缘方向探测部分或块52作为输入接收像素Y00至Y08和像素Y10至Y18的亮度值，如图1所示。图3至8进一步说明了边缘探测部分或块52。图3显示为边缘探测部分或块52的一般结构和操作。如图所示，边缘方向探测部分或块52包括与亮度值相关的第一块58、探测是否具有通过要插值的像素(例如插值像素12)的边缘并基于相关性确定边缘方向的第二块60、以及对边缘信号执行后处理从而基本消除或去掉错误边缘探测的第三块62。最后的边缘方向信号作为信号EG[3：0]输出给块54。

边缘探测算法在块58中开始，其中沿着十一个可能方向对每个像素探测相关性。为了执行相关，由于人眼对亮度差非常敏感因此利用像素的亮度值。由于相对于亮度差而言人眼对颜色差相对不敏感，因此在沿着边缘插值中不使用像素的色度(颜色)。在本发明的相关算法中，L(i，j)表示位于行i和列j的像素的灰度级，并且Y00、Y01、Y02、Y03、Y04、Y05、Y06、Y07、Y08、Y10、Y11、Y12、Y13、Y14、Y15、Y16、Y17和Y18表示相应像素的灰度级。像素12的坐标是(i，j)。例如，y00＝L(i-1，j-4)，且y18＝L(i+1，j+4)。

边缘方向探测算法中用到了以下相关值：

DIFF_L9：沿着方向L9的相关测量；

DIFF_L7：沿着方向L7的相关测量；

DIFF_L5：沿着方向L5的相关测量；

DIFF_L3：沿着方向L3的相关测量；

DIFF_L2：沿着方向L2的相关测量；

DIFF_MID：沿着方向MID的相关测量；

DIFF_R2：沿着方向R2的相关测量；

DIFF_R3：沿着方向R3的相关测量；

DIFF_R5：沿着方向R5的相关测量；

DIFF_R7：沿着方向R7的相关测量；以及

DIFF_R9：沿着方向R9的相关测量。

按照以下方式对位于(i，i)的要插值的像素沿着各个可能的边缘方向计算上述相关值：

DIFF_L9：

DIFF_L9＝0；

DIFF_L 9 = Σ_{k = - 7}^{7} abs (L (i - 1, j - 4 + k) - L (i + 1, j + 4 + k));

DIFF_L7：

DIFF_L7＝0；

DIFF_L 7 = Σ_{k = - 7}^{7} abs (L (i - 1, j - 3 + k) - L (i + 1, j + 3 + k));

DIFF_L5：

DIFF_L5＝0；

DIFF_L 5 = Σ_{k = - 7}^{7} abs (L (i - 1, j - 2 + k) - L (i + 1, j + 2 + k));

DIFF_L3：

DIFF_L3＝0；

DIFF_L 3 = Σ_{k = - 7}^{7} abs (L (i - 1, j - 1 + k) - L (i + 1, j + 1 + k));

DIFF_L2：

DIFF_L2＝0；

DIFF_L 2 = Σ_{k = - 7}^{7} abs (L (i - 1, j - 1 + k) - L (i + 1, j + k));

DIFF_MID：

DIFF_MID＝0；

DIFF_MID = Σ_{k = - 7}^{7} abs (L (i - 1, j + k) - L (i + 1, j + k))

DIFF_R2：

DIFF_R2＝0；

DIFF_R 2 = Σ_{k = - 7}^{7} abs (L (i - 1, j + 1 + k) - L (i + 1, j + k));

DIFF_R3：

DIFF_R3＝0；

DIFF_R 3 = Σ_{k = - 7}^{7} abs (L (i - 1, j + 1 + k) - L (i + 1, j - 1 + k));

DIFF_R5：

DIFF_R5＝0；

DIFF_R 5 = Σ_{k = - 7}^{7} abs (L (i - 1, j + 2 + k) - L (i + 1, j - 2 + k));

DIFF_R7：

DIFF_R7＝0；

DIFF_R 7 = Σ_{k = - 7}^{7} abs (L (i - 1, j + 3 + k) - L (i + 1, j - 3 + k)); and

DIFF_R9：

DIFF_R9＝0；

DIFF_R 9 = Σ_{k = - 7}^{7} abs (L (i - 1, j + 4 + k) - L (i + 1, j - 4 + k)),

其中abs( )函数表示两个亮度值之间的差的绝对值。应当理解本方法提供了对现有的相关算法例如‘628申请中公开的算法的实质性改进。尤其是，本发明算法利用每个相关值的值总和(例如在相邻点的序列上)而不是仅利用单一值(例如在单一点)对各个可能的方向计算相关值。通过利用相邻信息来对每个可能方向执行相关运算，本发明算法提供比现有的相关方法更好的精度。

接下来，系统50探测是否存在边缘，并且如果边缘存在则系统50基于相关值确定边缘的方向。图4显示为边缘探测方法或系统60的一种实施例。来自0至90度组的五个相关值(即DIFF_L2、DIFF_L3、DIFF_L5、DIFF_L7和DIFF_L9)输入块64，来自90至180度组的五个相关值(即DIFF_R2、DIFF_R3、DIFF_R5、DIFF_R7和DIFF_R9)输入块66。块64比较来自第一组的值并选择最小相关值，其作为Min_left信号输出。块66比较来自最后一组的值并选择最小相关值，其作为Min_right信号输出。根据这种逻辑，图4中显示的Min_left和Mm_right信号可以确定如下：

Min_right＝minimum_of(DIFF_L9、DIFF_L7、DIFF_L5、DIFF_L3、DIFF_L2)；和

Min_left＝minimum_of(DIFF_R9、DIFF_R7、DIFF_R5、DIFF_R3、DIFF_R2)，

其中minimum_of( )函数可有效选择全部输入的最小值。

块64和66还分别输出EG_LEFT[3：0]和EG_RIGHT[3：0]信号，其代表具有最大相关值的左和右方向。通过比较Min_right、Min_left和DIFF_MID信号来确定是否存在边缘。该操作在块68中执行，块68可以包括传统比较器。对于存在边缘，Min_left信号必须小于DIFF_MID信号，Min_right信号必须小于DIFF_MID信号并且Min_left信号减去Min_right信号的绝对值必须小于某些预定阈值。利用这种逻辑，Edge_exist信号可以确定如下：

Ed_exist＝(Min_left＜DIFF_MID)AND

(Mm_right＜DIFF_MID)AND

((abs(Min_left-Min_right)＞Threshold)。

在一种非限制实施例中，该阈值可以为32。

然后系统确定边缘方向所属的组(例如0至90度、90至180度或90度方向组)。该确定步骤可以在解码块70中执行。在一种实施例中，解码块可以利用下列算法来做这种确定：

if((Min_left＜Min_right)AND(Min_left＜DIFF_MID))＝＞边缘方向属于第三组(0至90度)，

else if((Min_right＜Min_left)AND(Min_right＜DIFF_MID))＝＞边缘方向属于第二组(90至180度)。

Else，边缘沿着90度方向(方向MID)。

该系统然后可以按照下列方式确定边缘方向：

如果边缘方向是从0至90度：

if(DIFF_R2＝Min_left)then边缘方向为R2，

else if(DIFF_R3＝Min_left)then边缘方向为R3，

else if(DIFF_R5＝Min_left)then边缘方向为R5，

else if(DIFF_R7＝Min_left)then边缘方向为R7，

else if(DIFF_R9＝Min_left)then边缘方向为R9。

如果边缘方向是从90至180度：

if(DIFF_L2＝Min_right)then边缘方向为L2，

else if(DIFF_L3＝Min_right)then边缘方向为L3，

else if(DIFF_L5＝Min_right)then边缘方向为L5，

else if(DIFF_L7＝Min_right)then边缘方向为L7，

else if(DIFF_L9＝Min_right)then边缘方向为L9。

按照上述探测完边缘方向之后，解码块70产生“预处理”边缘方向信号EG’[3：0]。由于存在十一个可能方向，该系统产生一个4位数或信号(例如EG’[3：0]和后面的EG[3：0])以绘出各个方向。各个方向和EG’[3：0]/EG[3：0]信号之间的相应关系如下：

EG’[3：0]/EG[3：0]

0000---->L9方向

0001---->L7方向

0010---->L5方向

0011---->L3方向

0100---->L2方向

0101---->MID方向

0110---->R2方向

0111---->R3方向

1000---->R5方向

1001---->R7方向

1010---->R9方向

由于边缘探测错误仍可能存在于边缘信号EG’[3：0]中，因此系统50采用后处理块62以消除可能的错误。通常，可能存在两种类型的错误。当系统探测“无边缘”区作为边缘区时出现第一类错误，且当系统探测有边缘区作为“无边缘区”时出现第二类错误。对于第一类错误探测，如果插值跟随探测的错误边缘方向则在插值的图象上将出现严重插值错误。对于第二种错误，在有边缘的图象上可能会出现锯齿形的效果。

在边缘信号上执行的后处理块62设计为可以基本消除或去掉这些类型的错误。图5是显示根据本发明一种实施例的边缘信号后处理块的方块图。在一种实施例中，后处理块62包括几个块、部分或步骤72-78，如图5所示。后处理块62利用统计方法消除错误。具体地，后处理方法基于以下假设：

1.对于存在真正边缘的区域，大部分“预处理”边缘信号EG’[3：0]是正确的(例如具有真正的探测边缘方向)。

2.对于没有边缘的区域，大部分预处理边缘信号EG’[3：0]是正确的(例如没有探测的边缘方向，实际掉回到90度)。

3.探测的边缘信号应当沿着边缘方向连续。例如，如果对于像素X(i，j)，探测的边缘方向为L3，则意味着有通过像素Y03和Y15的边缘。如果我们延伸该线沿着其方向贯穿Y03和Y15，则对于像素X(i-2，j-2)和像素X(i+2，j+2)的边缘信号EG’[3：0]应该也为L3。

基于上述假设，可在探测的边缘信号上运用以下的后处理技术。在一种实施例中，边缘信号通过三个水平和垂直的“五点”中值滤波器，由块72、74和76表示，然后该信号通过边缘信号连续检查块78。

图6A和6B显示了水平和垂直五点中值滤波器的操作。图6A显示了用于水平和垂直五点中值滤波器的五个位置或像素。如图6A所示，水平和垂直五点中值滤波器所用的方程为：

OUTPUT＝median5(EG(i-2，j)，EG(i，j-1)，EG(i，j)，EG(i，j+1)，EG(i+1，j)；

其中median5( )函数可有效地计算五个输入的中值。

图6B是显示垂直和水平五点中值滤波器的一种实现方式的方块图。应当理解每个五点中值滤波器72、74和76可能在结构和功能上基本相同。图6B中所示的实施例利用两个线延迟块80和四个像素延迟块82来选择图6A中所示的像素。五点中值滤波器84接收来自每个块的边缘探测信号并根据上面显示的median5( )函数计算中值。引起的信号传到下一个滤波器，并重复该过程。连续三次执行该滤波过程，如图5所示。

在三个水平和垂直五点中值滤波器之后，边缘信号传到边缘信号连续检查块以检查边缘信号的连续性。在一种实施例中，该系统利用三个边缘信号线来检查连续性。图7显示了边缘连续检查块78的一种实现方式。在图7所示的实现方式中，A_EG[3：0]表示在当前线上的边缘信号一个线，C_EG[3：0]绘出了当前线的边缘信号，且B_EG[3：0]绘出了当前线下面的一个边缘信号线。信号C_EG[3：0]和B_EG[3：0是利用线延迟块80获得的。图7中绘出的三个边缘信号(A_EG[3：0]、B_EG[3：0]和C_EG[3：0])全部都已经由三个水平和垂直五点中值滤波器处理过了。信号A_EG[3：0]、B_EG[3：0]和C_EG[3：0]传到边缘连续检查块86，该块产生经处理的输出EG[3：0]。

在一种实施例中，块86执行下列边缘连续检查运算以产生输出信号EG[3：0](即Output_EG(i，j))：

　　If(C_EG(i，j)＝L9)AND(A_EG(i-2，j-8)＝L9)AND(B_EG(i+2，j+8)＝L9))

　　      Then Output_EG(i，j)＝L9；

　　Else Output_EG(i，j)＝MID；

　　If(C_EG(i，j)＝L7)AND(A_EG(i-2，j-6)＝L7)AND(B_EG(i+2，j+6)＝L7))

　　      Then Output_EG(i，j)＝L7；

　　Else Output_EG(i，j)＝MID；

　　If(C_EG(i，j)＝L5)AND(A_EG(i-2，j-4)＝L5)AND(B_EG(i+2，j+4)＝L5))

　　      Then Output_EG(i，j)＝L5；

　　Else Output_EG(i，j)＝MID；

　　If(C_EG(i，j)＝L3)AND(A_EG(i-2，j-2)＝L3)AND(B_EG(i+2，j+2)＝L3))

　　      Then Output_EG(i，j)＝L3；

　　Else Output_EG(i，j)＝MID；

　　If(C_EG(i，j)＝L2)AND(A_EG(i-2，j-1)＝L2)AND(B_EG(i+2，j+1)＝L2))

　　      Then Output_EG(i，j)＝L2；

　　Else Output_EG(i，j)＝MID；

　　If(C_EG(i，j)＝R2)AND(A_EG(i-2，j+1)＝R2)AND(B_EG(i+2，j-1)＝R2))

　　      Then Output_EG(i，j)＝R2；

　　Else Output_EG(i，j)＝MID；

　　If(C_EG(i，j)＝R3)AND(A_EG(i-2，j+2)＝R3)AND(B_EG(i+2，j-2)＝R3))

　　      Then Output_EG(i，j)＝R3；

　　Else Output_EG(i，j)＝MID；
        <!-- SIPO <DP n="14"> -->
        <dp n="d14"/>
　　If(C_EG(i，j)＝R5)AND(A_EG(i-2，j+4)＝R5)AND(B_EG(i+2，j-4)＝R5))

　　      Then Output_EG(i，j)＝R5；

　　Else Output_EG(i，j)＝MID；

　　If(C_EG(i，j)＝R7)AND(A_EG(i-2，j+6)＝R7)AND(B_EG(i+2，j-6)＝R7))

　　      Then Output_EG(i，j)＝R7；

　　Else Output_EG(i，j)＝MID；and
　　If(C_EG(i，j)＝R9)AND(A_EG(i-2，j+8)＝R9)AND(B_EG(i+2，j-8)＝R9))
　　      Then Output_EG(i，j)＝R9；
　　Else Output_EG(i，j)＝MID。

重新参照图2，处理的边缘信号EG[3：0]然后与亮度值Y00至Y08和Y10至Y18一起传到边缘方向插值块54。

边缘方向插值块54沿着探测的边缘方向执行自适应插值。图8是显示边缘方向插值块54的一种实施例的方块图。边缘方向插值块54包括表示加法功能或逻辑的求和块88、表示除法功能或逻辑的除法块90、以及表示8至1多路转换的多路转换器92。对于各个像素Y00至Y18的显示的亮度值在各个求和块88中相加，且总和传到各个除法块90，这里它们除以2或4，如图8所示。从各个除法块的输出传到多路转换器92，多路转换器92进一步接收边缘信号EG[3：0]。多路转换器利用接收到的信号按照如下方式产生输出信号X：

如果边缘方向为L9，则X＝(Y00+Y18)/2；

如果边缘方向为L7，则X＝(Y01+Y17)/2；

如果边缘方向为L5，则X＝(Y02+Y16)/2；

如果边缘方向为L3，则X＝(Y03+Y15)/2；

如果边缘方向为L2，则X＝(Y03+Y04+Y14+Y15)/4；

如果边缘方向为R2，则X＝(Y04+Y05+Y13+Y14)/4；

如果边缘方向为R3，则X＝(Y05+Y13)/2；

如果边缘方向为R5，则X＝(Y06+Y12)/2；

如果边缘方向为R7，则X＝(Y07+Y11)/2；

如果边缘方向为R9，则X＝(Y08+Y10)/2；

否则X＝(Y04+Y14)/2。

重新参照图2，从插值块54的输出信号X传到后处理块56。利用上述边缘自适应插值，任何边缘方向探测错误都可能产生不精确的输出。如果直接显示该结果，则当边缘方向不正确时可能存在干扰点噪声。边缘探测运算不能始终保证100％精确，尤其是对于具有很多细节的画面。为了消除关于不精确边缘方向的这种假象，本发明包括后处理块56，其在边缘自适应插值之后执行从而消除这种噪声。

图10显示了后处理块56的一种实施例。如图所示，块56包括五点中值滤波器94、比较器96、求和块98、除法块100、减法块102、乘法块104、绝对值块106和多路转换器108。图9显示了根据一种实例的滤波器94所用的五个点。在该实例中，由于X被上面和下面的像素插值，因此应该没有沿着Y04、X和Y14的垂直高频成分，其中X是边缘自适应插值结果。在该基础上，如果X比Y04和y13大或X比Y04和Y14都小，该系统将认为X不正确或是由不精确的边缘方向造成的点噪声。已知中值滤波器具有消除这种冲击噪声的能力。在该实施例中，该系统利用五点中值滤波器94来消除点噪声。

来自边缘自适应插值的数据或输出信号X与信号Y04、Y14、X1和Xr一起首先传给五点中值滤波器94。

X_after_median＝median5(Y04，Y14，X，X1，Xr)；

其中

函数median5(a，b，c，d，e)能有效选择a，b，c，d，e的中间值

Y04是X正上方的像素亮度值

Y14是X正下方的像素亮度值

X1是对X左边的像素进行边缘自适应插值的结果

Xr是对X右边的像素进行边缘自适应插值的结果

在中值滤波器94之后，将结果(即信号X_after_median)与(Y04+Y14)/2相比较从而看它们之间的差值是否太大。如果这两个值离得太远，则系统断定该插值结果不可靠并用(y04+y14)/2替换该输出。该替换由多路转换器108执行。如图10所示，该过程包括以下运算，其由块98-108来执行：

Vert_int＝(y04+y14)/2；

if(abs(X_after_median-Vert_int)＞(Vert_int*factor))

then X_output＝(y04+y14)/2；

else

X_output＝X_after_median。

块98和100能有效提供Vert_int信号。块102和106协作向比较器96提供输入A，其等于(X_after_median-Vert_int)的绝对值。块104能有效地用Vert_int乘以适当因数[2：0]以向比较器96提供输入B。系统操作员可以用合适的方式基于预期精度、系统参数和/或试验误差来选择因数值。比较器96能有效比较A和B，且信号多路转换器108在结果可靠时(即A不大于B)选择X_output、X_after_median，或如果结果不可靠时(即A大于B)选择(y04+y14)/2。输出信号X_output然后可以提供给图象显示设备从而作为插值图象的一部分显示。

图11A是显现仅利用垂直插值的隔行至渐进式变换的结果的图象局部屏幕照片。在图11A中能清楚地看到锯齿形的边缘200。图11B是利用已提出的不进行后处理的边缘自适应插值方法和系统的一种实施例而进行了隔行至渐进式变换之后的相同图象的局部屏幕照片。请注意图象分辨率已大大改善了。但是，引起的点噪声是可视的，如箭头210所示。图11C是利用已提出的包括本说明书所述的后处理的边缘自适应插值方法和系统的一种实施例而进行了隔行至渐进式变换之后的相同图象的局部屏幕照片。可以看出，图11B中的点噪声已经消除，由图11C的箭头220所示，其指向图11B中箭头210所示的相同区域。

可以通过改变Vert_int信号和因数[2：0]的乘积(即通过改变该因数的值)来控制后处理的灵敏性和可靠性。后处理块56因此可以提供插值的像素12的边缘自适应插值值或者垂直插值值作为输出，所述垂直插值是在像素12直接之上和直接之下的像素的平均值。因数[2：0]用来调整边缘插值的灵敏性从而使较可靠的两个值从后处理块56输出。

实施例可以作为系统的一部分在计算机可读媒介上实现，例如计算机或电视机。或者，系统可以更小，例如集成电路。系统内的处理器可以存取计算机可读媒介并执行其中的作为系统的一组指令的代码。计算机可读媒介可以包括硬驱、CD ROM、集成电路RAM或ROM等。因此，该实施例可以在处理器中的CPU上实现，或在具有蚀刻逻辑的定做芯片中实现。通常，实施例可以是硬线的以减少执行插值所必需的计算资源。实施例可以在隔行至渐进式变换芯片上实现，例如‘277申请中所公开的。实施例因而可以提供减少要显示的图象信号中的缺陷的优势。与现有技术不同，本发明对每个可能的边缘方向计算单独的相关值并利用来自相邻点的数据(例如相邻点上的总和)来确定这些值。本发明进一步利用“9×2”插值窗口和改进的后处理技术。结果是改进的边缘自适应插值过程和隔行至渐进式变换。

虽然已经参照优选实施例具体说明了本发明，但应当容易理解对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以在形式上和细节上做出变化和修改。这意指所附的权利要求书包括这种变化和修改。还应当理解对于本领域普通技术人员来说不必排除各种实施例，但在本发明的精神和范围内一些实施例的特征可以与另一些实施例的特征相结合。

Claims

1.一种提高失常图象分辩率的边缘自适应插值方法，该方法包括下列步骤：

接收用于第一组像素和第二组像素的数据；

确定图象内的边缘是否通过位于第一和第二组像素之间的第一像素以及该边缘是以第一集合方向延伸还是以第二集合方向延伸从而识别选出的一集合方向，包括为第一和第二集合方向中的每个方向计算相关值；

通过给选出的一集合方向选择最小相关值从而从所选的一集合方向中确定方向信号；

在选出的方向信号上执行后处理程序从而基本消除可能的错误；以及

根据所选方向确定第一像素的亮度值。

2根据权利要求1的方法，其中第一和第二组像素中的每组都包括至少5个像素。

3.根据权利要求1的方法，其中第一和第二组像素中的每组都包括至少7个像素。

4.根据权利要求1的方法，其中第一和第二组像素中的每组都包括9个像素。

5.根据权利要求1的方法，其中：

第一组像素在第一方向延伸；且

第二组像素在第二方向延伸，第二方向基本平行于第一方向。

6.根据权利要求1的方法，其中后处理程序包括对选出的方向信号运用至少一个五点中值滤波器。

7.根据权利要求1的方法，其中后处理程序包括对选出的方向信号运用三个连续的五点中值滤波器。

8.根据权利要求7的方法，其中后处理程序进一步包括在选出的方向信号上执行边缘信号连续性检查。

9.根据权利要求8的方法，其中边缘信号连续性检查包括检查在第一像素上面和下面的像素线中的边缘的连续性。

10.根据权利要求1的方法，其中每个相关值包括相邻点序列上的亮度值差的总和。

11.根据权利要求10的方法，其中该总和取自15个点。

12.根据权利要求1的方法，其中第一集合方向介于0和90度之间，第二集合方向介于90和180度之间。

13.根据权利要求12的方法，进一步包括确定边缘是否处于大约90度。

14.一种提高失常图象分辩率的系统，该系统包括：

接收用于第一组像素和第二组像素的数据的第一部分；

确定图象内的边缘是否通过位于第一和第二组像素之间的第一像素以及该边缘是以第一集合方向延伸还是以第二集合方向延伸从而识别选出的一集合方向的第二部分，第二部分适于通过为第一和第二集合方向中的每个方向计算相关值来作出确定；

通过给选出的一集合方向选择最小相关值从而从所选的一集合方向中确定方向信号的第三部分；

在选出的方向信号上执行后处理程序从而基本消除可能的错误的第四部分；以及

根据所选方向为第一像素确定亮度值的第五部分。

15.根据权利要求14的系统，其中第一和第二组像素中的每组都包括至少5个像素。

16.根据权利要求14的系统，其中第一和第二组像素中的每组都包括至少7个像素。

17.根据权利要求14的系统，其中第一和第二组像素中的每组都包括9个像素。

18.根据权利要求14的系统，其中：

第一组像素以第一方向延伸；且

第二组像素以第二方向延伸，第二方向基本平行于第一方向。

19.根据权利要求14的系统，其中第四部分包括运用于选出的方向信号的至少一个五点中值滤波器。

20.根据权利要求14的系统，其中第四部分包括运用于选出的方向信号的三个连续的五点中值滤波器。

21.根据权利要求20的系统，其中第四部分进一步适于在选出的方向信号上执行边缘信号连续性检查。

22.根据权利要求21的系统，边缘信号连续性检查包括检查在第一像素上面和下面的像素线中的边缘的连续性。

23.根据权利要求14的系统，其中每个相关值包括相邻点序列上的亮度值差的总和。

24.根据权利要求23的系统，其中该总和取自15个点。

25.根据权利要求14的系统，其中第一集合方向介于0和90度之间，第二集合方向介于90和180度之间。

26.根据权利要求25的系统，其中第二部分进一步适于确定边缘是否处于大约90度。