CN1523884A - 动态影像的适应性去交错方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动态影像的适应性去交错处理的方法与装置，其撷取一个宏区块所含有的移动向量并进行计算，然后将移动向量计算的结果与一可调整的临界值作比较，当移动向量计算值本质上大于临界值时，将此宏区块视为一动态区块，故选择摆动算法进行去交错处理；当移动向量计算值本质上小于临界值时，将此宏区块视为一静态区块，故选择编织算法进行去交错处理，然后，依此方式持续执行以区块为单位的去交错处理，以构成一高画质的动态影像。

Description

动态影像的适应性去交错方法及装置
技术领域
本发明涉及一种动态影像的去交错方法及装置，特别是一种将动态影像以区块为单位进行计算及判断处理的具有适应性功能的去交错方法及装置。
背景技术
随着数字式产品推陈出新，其与模拟式产品的兼容问题随之衍生。以目前模拟电视的扫描标准而言，普遍被采用的有NationalTelevision Standards Committee(NTSC)及Phase Alternation by Line(PAL)两种，而日本与美国所采用的NTSC方式是以525条的扫描线来进行隔行扫描(又称为交错扫描)，以构成一个图框(或是称为画面；frame)，也就是以1秒30图框(画面)的速度，依照第1、3、5、7条扫描线的顺序进行扫描，直至第525线，然后再回到第2线，然后以4、6、8的顺序进行。因此，交错视讯信号由两个视场(field)所组成，而每个视场只包含影像的奇数线或影像的偶数线。由于奇数场和偶数场是由一半的扫描线(即262.5条线)所组成，因此每个奇数场和偶数场只有原来影像一半的分辨率，而每个奇数场和偶数场以1/60秒的速度来显示。交错扫描方式的优点在于动态影像显示流畅，但缺点则是屏幕会产生闪烁，因此衍生出「顺序扫描(progressivescan)」技术以克服之。「顺序扫描」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格画面的速度重现，因此其扫描速度是「隔行扫描」的两倍，而画面是以525条扫描线在显示器上显示，所以画面非常纤细且清晰，也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系统的影像信号，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「顺序扫描」的显示系统来显示时，例如将一经由交错扫描编辑成的DVD影片直接在高分辨率电视(HDTV)上播放及显示时，则只能显示奇数场和偶数场的画面，因此会使得影像的分辨率变差(因只有原来影像一半的分辨率)。为解决此一问题，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顺序扫描的一种方法。
在去交错处理的技术上，有两类基本的算法可供选择，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更包含两种最基本的线性转换技术，分别为编织(Weave)及摆动(Bob)。编织是将两个输入视场重叠或编织在一起，以产生一个顺序图框；而摆动是仅接受输入影像的其中一视场(例如只接受偶数线的影像)，而丢弃(discard)另一个视场(即奇数线的影像)，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影像，则通过相邻扫描线去填补另一线的空隙空间(voids)，以便将影像内插回到720×486像素。
至于移动补偿是在一时间中，将两个具有时间位移视场中的像素位移到一共同点上，以组成一画面，而其中移动向量的侦测和确认可以是将视场分割成数个宏区块(macro block)，然后以区块匹配(block-matching)的程序来执行。其中，以宏区块作移动向量侦测时，实际上仅选用宏区块中的亮度(即Y)区块来执行，而丢弃彩度(即Cr、Cb)区块，最主要的原因为人类的眼睛对亮度的变化较敏感，而对彩度上的变化则相对迟钝。因此在减少数据处理量的要求下，MPEG在进行压缩编码时，仅以亮度区块作为移动向量侦测的基准。
由于目前的影像撷取系统(例如一数字摄影机)均采用交错扫描方式，因此编辑成的DVD盘片必须在交错显示装置上播放，才能显现出高画质影像，而且为了消除交错扫描的缺点，必须在播放装置(player)上选择以编织或是摆动的去交错方法将交错扫描转换成顺序扫描方式播放。然而，对于动态影像而言，选择「编织」方式来播放会产生影像对准误差(misalignment)，因此会出现锯齿状或是毛边的画面而导致影响画质；而对于静态影像而言，选择「摆动」方式来播放虽然可克服移动影像的影像对准误差，使动态影像可较清晰及自然，但却牺牲了静态影像的垂直分辨率，因此现行的影音播放系统与数字显示系统在去交错处理过程中，缺乏一选用适性的去交错算法的相关机制，无法兼顾动态画面及静态画面的影像品质要求。
此外，有些DVD以静态影像压缩标准(Joint Photographic ExpertsGroup；JPEG)或是只以MPEG压缩标准中的I画面来编辑，使得该片光盘的动态影像可能仅包含了I画面来的编码资料。因此，当影音播放系统在播放此一光盘的影像时，就会因为无法萃取到MPEG压缩技术中P或B画面的移动向量而使得一些先进的影音播放系统在播放时产生不兼容(incompatible)，意即所谓”挑片”问题，致使影音播放系统无法播放此类影片，造成使用上的不方便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种利用影像区块所含有的移动向量值直接进行计算及判断的「区块适应性去交错(block-based adaptive de-interlacing)」方法，以区块为去交错处理单位，以进行动态影像的去交错处理。
为达上述目的，本发明提供一种动态影像的适应性去交错方法，其步骤包括：首先，撷取与计算动态影像中的每一个宏区块所含有的移动向量值，然后将移动向量值计算的结果与一可调整的临界值作比较。其中，当移动向量值计算结果本质上大于临界值时，将该宏区块视为一动态区块(motion block)，故选择摆动算法进行去交错处理；当移动向量值计算结果本质上小于临界值时，将该宏区块视为一静态区块(still block or non motion block)，故选择编织算法进行去交错处理。然后，依此方式持续执行，以构成一经过去交错处理的高画质动态影像。
本发明还提供一种动态影像的适应性去交错装置，包括：一移动向量处理单元，其用以撷取及计算一影像区块的移动向量，并输出一移动向量计算值；一判断单元，其用以接收及比较该移动向量计算值及一临界值，并输出一决定讯息；以及一视讯处理单元，其于接收该决定讯息后，选择一算法以构成该动态影像。
由此，通过本发明的一种动态影像的适应性去交错方法与装置，能够使得现行的影音播放系统(例如VCD及DVD Player)与数字显示系统(例如HDTV或电浆电视)在去交错处理的过程中，兼顾动态影像及静态影像的影像品质，使得高画质的数字化影像得以呈现，进而满足观赏者的视听品质要求。
附图说明
图1为本发明的适应性去交错方法的步骤流程图；
图2为本发明的适应去交错处理过程示意图；
图3为本发明的适应去交错处理装置方块图。
图中符号说明
10        去交错处理单元
12        移动向量撷取单元
14        移动向量计算单元
16        移动向量判断单元
18        视讯处理单元
20        MPEG编码数据单元
30        存储单元
32        视讯影像缓冲单元
40        微处理单元
50        显示单元
200    宏区块
W      编织算法
B      摆动算法
具体实施方式
本发明对于MPEG压缩技术的描述并不包括其完整流程，而且下述文中的方块图，亦并未依据实际的相关位置及完整的连接图来绘制，其作用仅在表达与本发明特征有关的示意图。
图1为本发明的适应性去交错方法的步骤流程图。首先，于步骤110读取已完成分割成数个宏区块的影像编码的坐标，并于步骤120撷取宏区块间的移动向量。其中，区块大小一般可为8×8像素或16×16像素，也可使用其它大小的像素来组成，其端视执行去交错处理装置的性能及所提供的存储器大小而调整。由于移动向量值是记录同一时间中不同视场间的某一特定区块的位移量(displacement)，因此移动向量是以一具体的坐标值(coordinates value)来表示，并且依序读取区块的移动向量值，就能重建画面。
当撷取到移动向量后，即交由步骤130来计算，其计算方式是将所撷取的移动向量的X坐标值及Y坐标值各取绝对值后再相加。例如，所撷取的移动向量值为(0，-32)，此表示区块在X轴方向上没有位移，而在Y轴方向则向下位移了32个像素，因此其计算结果为
|0|+|-32|＝32
接着于步骤140将此移动向量计算值与一临界值(thresholdvalue)作比较。其中，此临界值的订定可依播放影像画面品质的要求或是播放系统的性能(performance)来决定，也就是说，该临界值为一可经过程控制(programmable)改变的值。当移动向量的计算结果本质上大于临界值时，将此一区块视为具有位移的动态区块，因此由步骤150将区块以摆动算法执行去交错处理；若移动向量的计算结果本质上小于临界值时，则将此一区块视为无位移的静态区块，因此由步骤160将区块以编织算法执行去交错处理。当决定已读取区块的去交错处理方式后，于步骤170检查该宏区块是否为视场的终点(end)。若该宏区块并非视场的终点时，则依步骤180读取下一个宏区块位置的坐标，然后重复执行前述的步骤；若该宏区块为该视场的终点时，则于步骤190继续执行下一个视场的区块适应性去交错处理或是停止处理。
上述方法的实施方式可进一步配合图2举例说明如下。图2为本发明的适应去交错处理过程示意图，包括图2A至图2C。首先，若将一视场切割成16个宏区块，经步骤110及120后，可撷取到的移动向量分别为(0，0)、(0，-2)、(1，-3)、(2，5)、(-2，-4)、(-4，8)、(8，-10)、(-6，2)、(-4，-2)、(18，-10)、(-10，-20)、(-16，-30)、(-8，0)、(-4，4)、(-6，2)及(4，-5)，其相对于画面的位置如图2A所示。经步骤130计算，分别将各宏区块移动向量的X坐标值及Y坐标值各取绝对值后再相加，所得到的移动向量值分别为0、2、4、7、6、12、18、8、6、28、30、46、8、8、8及9，其相对于画面的位置如图2B所示。当临界值订定为10时，经步骤140、150及160处理后，则依本发明所述的适应去交错方法所构成的画面方式如图2C所示，其中B表示为摆动去交错处理所构成的画面，而W表示为编织去交错处理所构成的画面。
接下来是本发明的适应性去交错装置的具体实施例说明。如图3所示，其为本发明的适应去交错处理装置方块图，包括一去交错处理单元10，其与一MPEG编码资料单元20、一存储单元30中的视讯影像缓冲单元32、一微处理单元40，及一显示单元50相连接；其中去交错处理单元10更包括一移动向量撷取单元12、一移动向量计算单元14、一移动向量判断单元16，以及一视讯处理单元18。首先，由去交错处理单元10中的移动向量撷取单元12，自MPEG编码资料单元20(例如DVD光盘片)中读取编码资料，并撷取各个宏区块的移动向量值，接着交给移动向量计算单元14进行计算，然后再将计算结果送到移动向量判断单元16中；当移动向量判断单元16接收到微处理单元40所传送的临界值时，随即将宏区块的移动向量计算值与临界值进行比较，然后将比较的结果以一信号送到视讯处理单元18；若视讯处理单元18接收到判断单元16所传送的比较结果为移动向量计算值本质上大于临界值的信号时，例如”1”的信号，则送出目前所执行去交错处理所需的区块影像地址(image address)到视讯影像缓冲单元32，其中影像地址的内容包括了奇数视场及偶数视场的编码内容；待视讯缓影像冲单元32将各个区块地址的影像编码资料自存储器30中依序传送回视讯处理单元18后，再以摆动算法完成该区块的影像的去交错处理，并且于稍后将处理过的影像送到显示单元50(例如：HDTV、PDP或液晶显示电视)中显示；在此同时，视讯处理单元18亦送出一信号，要求计算单元14送出下一区块的计算结果。另一方面，若视讯处理单元18接收到判断单元16所传送的比较结果为移动向量计算值本质上小于临界值的信号时，例如”0”的信号，则送出目前所执行去交错处理所需的区块影像地址到视讯影像缓冲单元32；待视讯缓影像冲单元32将各个区块地址的影像编码资料自存储器30中依序传送回视讯处理单元18后，再以编织算法完成该区块的影像的去交错处理，并且于稍后将处理过的影像送到显示单元50中显示；视讯处理单元18亦在此刻送出一信号，要求计算单元14送出下一区块的计算结果。另外，视讯处理单元18在持续执行去交错处理的同时，亦持续检测移动向量萃取单元12所读取的编码数据，当检视到宏区块的编码内容包括视场的终点时，则执行下一个视场的去交错处理或是结束去交错处理程序。
由于宏区块的组成像素大小是可以调整的，在本发明图3中所表示的区块适应去交错处理的功能方块图中，除了作为输入与输出的MPEG编码资料20与显示单元50外，虽区分成不同的单元，但这并不表示这些单元一定是独立存在的装置(Device)，这些单元可依产品的界面规格与需求，作不同的配置与组合。例如，使用在高阶的影像处理工作平台(image processing workstation)或是可播放DVD影片的个人计算机(PC)时，去交错处理单元10可嵌入于高阶系统中央处理单元(CPU)内或是可单独制造成一装置(例如一芯片；chip)而与CPU相连；而若使用在播放机时，例如DVD Player，则去交错处理单元10可与存储器30及微处理单元40整合于一芯片上。随着半导体制造技术提升，System On a Chip(SoC)的技术亦日益成熟，因此本发明的去交错处理单元亦可与不同应用系统相整合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的保护范围；同时以上的描述，对于熟知本技术领域的专业人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.一种动态影像的适应性去交错方法，其特征在于，包括：
撷取并计算该动态影像的数个宏区块的一移动向量，以获得一移动向量计算值；
比较该移动向量计算值与一临界值，以决定一去交错算法；以及
执行该去交错算法，以构成经去交错处理的该动态影像。
2.如权利要求1所述的动态影像的适应性去交错方法，其中，撷取该移动向量可由MPEG技术中的P画面及B画面撷取。
3.如权利要求1所述的动态影像的适应性去交错方法，其中，该计算移动向量以所撷取的该移动向量的X坐标值及Y坐标值的绝对值之和作为该移动向量计算值。
4.如权利要求1所述的动态影像的适应性去交错方法，其中，若该移动向量计算值本质上大于该临界值时，选择一摆动算法作为该动态影像的去交错处理依据。
5.如权利要求1所述的动态影像的适应性去交错方法，其中，若该移动向量计算值本质上小于该临界值时，选择一编织算法作为该动态影像的去交错处理依据。
6.如权利要求1所述的动态影像的适应性去交错方法，其中，该临界值可利用一控制装置及一播放器操作介面调整。
7.一种以区块为去交错处理单位的动态影像去交错法的选择方法，其特征在于，包括：
读取一MPEG编码数据中数个宏区块的坐标位置；
依序将该数个宏区块各坐标的X坐标值及Y坐标值各取绝对值后再相加，以获得一移动向量计算值；
比较该移动向量计算值与一可调整的临界值，以决定一去交错算法，以作为该以区块为去交错处理单位的动态影像的去交错处理依据。
8.一种动态影像的适应性去交错处理装置，其特征在于，包括：
一移动向量处理单元，其用以撷取及计算数个宏区块的移动向量，并输出一移动向量计算值；
一判断单元，其用以接收及比较该移动向量计算值及一可调整的临界值，并输出一决定讯息；
一视讯处理单元，其用以根据该决定讯息选择一去交错算法，以完成该动态影像的去交错处理，并包括检测该数个宏区块的编码内容是否包括一视场终点，以决定是否执行下一视场的该去交错处理。
9.如权利要求8所述的动态影像的适应性去交错处理装置，其中，该移动向量处理单元包括：一移动向量撷取单元，用以撷取该数个宏区块的坐标，以作为该移动向量；以及一移动向量计算单元，用以根据该移动向量，以计算及输出该移动向量计算值。
10.如权利要求8所述的动态影像的适应性去交错处理装置，其中，包括一微处理单元，用以提供该可调整的临界值，以供该判断单元接收及输出一决定讯息。
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