CN1589572A - 用于改善的分辨率的低比特率压缩格式变换 - Google Patents

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Abstract

一种用于格式变换的方法，包括提供(10)一个包括第一分辨率的非逐行视频的第一交织视频信号，下变换(16)第一分辨率场生成第二分辨率场，以及以第三分辨率合并和交织(18)这些场。该视频信号以第三分辨率传输(20)。解交织(32)该第三分辨率的视频信号从而生成一个逐行格式的视频信号。通过交替地向上和向下调整第三分辨率的逐行格式的位置，分别生成用于显示的第一分辨率的上部场和下部场，从而将逐行格式视频信号变换(34)成第一非逐行分辨率。

Description

用于改善的分辨率的低比特率压缩格式变换
技术领域
本发明一般涉及低比特率传输，并且，特别涉及一种用于提供视频信号的格式变换从而能够进行非逐行视频的低比特率压缩的方法和装置。
背景技术
视频场有时会被交织(interlaced)，从而能够使连续的视频比特流在网络上传输。交织包括在一个链路中连续地发送交替的视频场。视频流可被识别为逐行的或者非逐行的。逐行视频包括成对的连续的场，在连续的场对之间没有目标移动。非逐行视频可以包括在连续的场对之间存在目标移动的场。逐行帧容易地进行格式变换；但是，不具备对非逐行视频信号进行格式变换的同样的能力。而且，在没有明显损失的垂直分辨率的情况下，非逐行视频的格式变换非常困难。
一种下变换的方法是使用场内内插将240行的输入场变换成120行的场。产生的240交织视频(240i)被压缩，传输和解压缩。然后240i视频信号通过垂直内插被场内变换成一个480i信号的240行的场并被显示。这损害了垂直分辨率，尤其是与240逐行图像处理相比。而且移动目标的对角线边缘也呈现出锯齿状。
因此，需要一种方法和系统，其中为了得到可接受的低比特率视频的压缩，非逐行视频被下变换从而降低图像分辨率。进一步需要在对传送的低比特率视频上变换以后具有合适的图像质量。
发明概述
一种用于格式变换的方法包括：提供包括具有第一分辨率的非逐行视频的第一交织视频信号，将具有第一分辨率的场下变换成第二分辨率的场，以及以第三分辨率组合和交织这些场。视频信号以第三分辨率传输。解交织第三分辨率的视频信号以形成逐行格式的视频。通过向上和向下交替调整第三分辨率逐行格式的位置从而分别产生用于显示的第一分辨率的上部场和下部场，由此就将逐行格式的视频变换为第一非逐行分辨率。
在其它实施例中，包括解交织非逐行视频信号为具有第一分辨率的逐行格式的步骤。锯齿对角线减少方法也可以被用来执行解交织。
一种用于格式变换的系统，包括一个变换设备，其将一个具有第一分辨率的非逐行的交织视频信号解交织成一个具有相同分辨率的逐行格式。变换设备将该逐行格式下变换到第二分辨率并且组合和交织第二分辨率场，从而提供第三分辨率的帧。在该变换设备上耦合一个传输链路用于以第三分辨率传输视频信号。在传输链路的输出端耦合一个恢复设备。恢复设备将第三分辨率的视频流解交织为逐行格式视频，并且将逐行格式视频变换成用于以第一分辨率显示的交替的上部场行和下部场行。
附图的简要说明
本发明的优点，特性和各种附加的特征将在结合随后的附图对实施例的描述中变得清楚明了。
附图1是表明根据本发明的格式变换的预处理顺序的方框图；
附图2是表明根据本发明的一个实施例的块12的详细的方框图；
附图3是表明根据本发明的一个实施例的块16和18的详细的方框图；
附图4是表明根据本发明的格式变换的后处理顺序的方框图；
附图5是表明根据本发明的步骤34中的行位置调整的示意图；
附图6是表明在本发明中所采用的锯齿对角线减少方法/算法的示意图；
附图7是表明根据本发明的格式变换系统的方框图。
应当理解，这些附图仅是为了解释本发明的概念，并不是用于说明本发明所必需的唯一可能的配置。
本发明详述
本发明提供了一种方法和系统，用于变换视频信号的格式从而允许低比特率流的压缩。本发明允许解交织输入的非逐行视频信号并且下变换成场，以提供具有1/2分辨率(例如垂直分辨率)的交织视频。该1/2分辨率交织视频被压缩，传送和解压缩。然后1/2分辨率交织视频信号被解交织从而形成逐行格式，然后逐行格式的视频被变换成交替的上部场和下部场，用于在传统的电视机或者显示监视器上显示。尽管本发明是按照2∶1分辨率降低描述的，垂直分辨率的降低也可以以其他的比例，例如，4∶1的比例降低。
应当理解本发明是以传统的480行交织(480i)视频系统描述的。但是，本发明可以更为广泛地包括能够在有线或者无线网络上传输的任何视频格式或者尺寸。
在一个说明性的实施例中，输入的非逐行480i视频被解交织和下变换成120行场，从而产生240i视频。该240i视频被压缩，传送和解压缩。然后解交织240i视频信号生成240p。该240p被变换成交替的240行上部场和240行下部场，从而生成用于在例如传统电视机上显示的480i。此外，本发明能够应用于包括电话，机顶盒，计算机，卫星链路，互联网等视频传输系统的任何系统中。本发明在视频点播应用中尤其有效，其能够在一个数字用户线(DSL)网络或者具有介质比特率信道的其他系统中实现。
应当理解附图中显示的元件可以以硬件，软件以及它们的结合等多种形式实现。优选的，这些元件以软件的形式在一个或者多个适当编程的通用设备中实现，该通用设备包括一个处理器，存储器以及输入/输出接口。
现在参照附图进行详细地说明，在全部的附图中相同的参考数字表示相同或者相应的元件，先看图1，表明了根据本发明的一个实施例用于预处理视频的方法/系统的流程/方框图。在块10中，输入的信号被水平截短从而减少处理。在一个说明实施例中，如果需要，一个720像素(水平)×480交织(480i)的像素信号可以被截短为704×480i。在块12中，执行水平下采样以形成352×480i。在本实施例中，执行2∶1下采样。也可以使用其他的比例。下采样也可以使用传统的内插滤波方法实现。
参照图1之后的图2，图2中详细描述了块12。低通抗混叠滤波器13滤波该视频信号，然后在块15中进行子采样步骤。块15的输出是一个1/2水平下采样的场。
再次参照图1，在块14中，解交织该信号为352×480p，并且最好为60Hz。解交织可以利用传统的解交织方法执行。在块16中，使用1/4，1/2，1/4滤波器21对信号进行垂直低通滤波，如图3所示，然后利用第一相位进行4∶1子采样从而生成一个上部120行的场，如数字i1，i3等所表示的行。其他的滤波器也可以用作滤波器21。而且如图3所示，随后的解交织的480p帧(通过与帧i相同的滤波器处理，但是利用与第一相位不同的相位进行4∶1子采样)生成一个随后的下部120行场，如数字i2，i4等所表示的行。这样，形成了一个60Hz场的240i序列。然后在块18中，两个连续的240i场对形成30Hz的帧。
如图1所示，在块18中形成了每一帧。在说明的实施例中，704×480i的帧被下变换成适于一个降低的比特率压缩的352×240i帧。在块20中，视频流被压缩并且通过互联网或者传输链路(有线或者无线)传输到接收机，例如一个电视机或者显示设备。有利的是，本发明改善了非运动图像的显示垂直分辨率。非运动图像与传统系统相比会有2∶1或者更大的垂直分辨率提高。此外，通过应用本发明中的方法，包括例如下面将要描述的锯齿对角线减少，改善了非逐行视频流的下变换。
现在参照图4，在视频传送以后，在块29中对视频进行解压缩。后处理包括在水平方向上上变换每一帧。在块30中示意性地表明了应用一种诸如双三次插值法的内插方法将每一行352个采样上变换成每行704个采样。上变换后的240i信号在块32中解交织。可以使用多种不同的解交织算法中的一种。在一个实施例中，锯齿对角线减少算法被用于图像的运动部分。以后将参照图5对其进行描述。在块34中，通过交替地向上偏移将一个240p帧生成一个上部240行的场，向下偏移将接下来的240p行的帧生成一个下部240行的场，这样解交织的240p/60Hz信号就被变换成240行的场。这些偏移在块34中执行从而向上或向下调整位置来重建480i场。附图5是一个表明240p变换成480i的示意方框图。与每一行相关的数字，例如1/4，3/4是加权。第一幅图像i向上偏移四分之一行，第二幅图像i+1向下偏移四分之一行。两幅移动图像被交织从而形成一个480行交织图像。在位置调整之后，信号能够作为一个60Hz场序列输出，其被恢复成704×480i格式。
参照图6，表明了一种解交织技术。在说明实施例中，执行解交织的锯齿对角线减少部分。也可以应用其他的解交织技术，而且本申请的发明人也考虑了这些技术。当运动不出现的时候，前一场的行可以插到当前场的行之间来完成解交织。这保持了垂直细节的完整电平。当目标运动时，前面或者后面的场不能用于生成像素的中间行。因此这些像素必需根据要形成的像素紧接的上下的行来形成。
通常在实际中是使用简单的垂直内插来进行。这可以通过对正好位于I像素上下的像素进行平均的值L3来形成像素I。但是，已知这会产生锯齿状对角边缘。
在锯齿状对角线的减少方法中，最好和本发明一起应用，测试对角像素对L1到L5从而检测具有例如最小密度差的像素对。平均具有最小差的像素对并且作为像素I使用。如果该均值不是上面像素与下面像素的中值则会产生例外。这时，具有最接近该均值的上面像素或者下面像素就被替代使用。应用该方法，能够有效的减小锯齿状边缘，当显示视频的时候，就能够呈现出运动对象的更好的画面。
参照图7，示意性地表明了根据本发明用于格式变换的系统130。系统130提供了一个变换设备132，用于将具有第一分辨率(例如480i)的非逐行交织视频流解交织成具有相同分辨率的逐行格式(例如480p)视频流。变换设备132将逐行格式下变换成第二分辨率(例如120)，并且合并第二分辨率的场从而提供第三分辨率(240i)的帧。变换设备132最好包括1/4，1/2，1/4滤波器134，用于下变换第一分辨率的逐行格式(480p)。滤波器134利用第一相位采样第一图像i并且使用相同的1/4，1/2，1/4滤波器134利用第二相位采样第二图像i+1。1/4，1/2，1/4滤波器134输出具有第一和第二相位的场，合并设备将具有第一相位的场和具有第二相位的场合并从而实现第三分辨率。锯齿状对角线减少算法142可以用于提供视频信号的解交织。变换设备1 32优选地在传输前压缩视频数据。变换设备132参照附图1中的块10-18进行描述。
传输链路136耦合到变换设备，用于以第三分辨率(例如240)传输压缩的视频流。
恢复设备138耦合到传输链路136并且接收所传输的视频流。当接收视频数据时，恢复设备138对其进行解压缩。恢复设备138将第三分辨率的解压缩视频流解交织为逐行格式的视频，并且将逐行格式视频变换成交替的上部场行和下部场行从而形成用于显示的连续场。恢复设备138参照附图4中的块30-34描述。
系统130可以包括一个截短模块/设备140，用于截短一部分非逐行交织视频流从而降低被处理像素的数量。恢复设备138可包括一个锯齿状对角线减少算法或者其他用于解交织视频流的程序/设备142。该视频能够被显示在例如一个显示器或者电视机144上。压缩和解压缩可以根据已知的方法来执行。
已经描述了实现低比特率压缩的格式变换的优选实施例(其用于说明，而非限制)，应当注意在上述教导下，本领域的技术人员可以做出各种改变和变形。因此能够理解在附加权利要求所描述的本发明的范围和精神内可以对所描述的特定实施例作出各种改变。这里已经详细描述了专利法所要求的细节和特征，专利证书所要求和期望保护的内容在附加的权利要求当中进行阐述。

Claims (23)

1.一种用于格式变换的方法，包括步骤：
提供(10)一个包括第一分辨率的非逐行视频的第一交织视频信号；
下变换(16)第一分辨率的场生成第二分辨率的场；
以第三分辨率合并和交织(18)这些场；
以第三分辨率传输(20)该视频信号；
解交织(32)该第三分辨率的视频信号从而生成一个逐行格式的视频；以及
通过交替地向上和向下调整第三分辨率的逐行格式的位置，分别产生用于显示的第一分辨率的上部场和下部场，从而将逐行格式视频变换(34)到第一非逐行分辨率。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括将非逐行视频信号解交织为具有第一分辨率的逐行格式的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其中解交织非逐行视频信号的步骤包括应用一个锯齿状对角线减少算法(142)。
4.如权利要求2所述的方法，其中下变换的步骤包括以4为因数对第一分辨率的场进行下采样(16)的步骤。
5.如权利要求4所述的方法，其中下采样的步骤包括使用滤波器(2 1)以第一相位采样第一图像i，使用同一滤波器(21)以第二相位采样图像i+1。
6.如权利要求5所述的方法，其中滤波器输出具有第一相位和第二相位的场，并且进一步包括合并滤波器输出的第一相位的场和第二相位的场从而形成第三分辨率的非逐行视频的步骤。
7.如权利要求1所述的方法，其中第一分辨率，第二分辨率和第三分辨率与垂直分辨率有关。
8.如权利要求1所述的方法，其中解交织第三分辨率的视频信号从而形成一个逐行格式视频的步骤包括应用一个锯齿状对角线减少算法(142)。
9.一种用于格式变换的方法，包括步骤：
提供(10)一个包括第一分辨率的非逐行视频的第一交织视频信号；
解交织(14)非逐行视频信号为具有第一分辨率的逐行格式；
下变换(16)第一分辨率逐行格式生成第二分辨率的场；
以第三分辨率合并和交织(18)这些场；
以第三分辨率传输(20)该视频信号；
通过交替地向上和向下调整第三分辨率的逐行格式的位置，分别生成用于显示的上部场和下部场，从而将第三分辨率的逐行格式的视频信号变换为(34)第一非逐行分辨率。
10.如权利要求9所述的方法，其中下变换的步骤包括以4为因数下采样(16)第一分辨率的场的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其中下采样(16)的步骤包括使用滤波器(21)以第一相位采样第一图像i，以及使用同一滤波器(21)以第二相位采样图像i+1。
12.如权利要求11所述的方法，其中从滤波器(21)输出具有第一相位和第二相位的场，并且进一步包括合并(18)滤波器输出的第一相位的场和第二相位的场从而获得第三分辨率的步骤。
13.如权利要求9所述的方法，其中第一分辨率，第二分辨率和第三分辨率与垂直分辨率有关。
14.如权利要求9所述的方法，进一步包括解交织(32)第三分辨率的视频信号从而形成一个逐行格式视频的步骤。
15.如权利要求14所述的方法，其中解交织第三分辨率视频信号从而形成逐行格式视频信号的步骤包括应用一个锯齿状对角线减少算法(142)。
16.如权利要求9所述的方法，其中解交织非逐行视频信号为具有第一分辨率的逐行格式的步骤包括应用一个锯齿状对角线减少算法(142)。
17.一种用于格式变换的系统(130)，包括：
一个变换设备(132)，其解交织具有第一分辨率的非逐行交织视频信号为具有相同分辨率的逐行格式，该变换设备下变换逐行格式到第二分辨率并且合并和交织第二分辨率的场从而以第三分辨率提供帧；
一个耦合到变换设备的传输链路(136)，用于以第三分辨率传输视频信号；以及
一个耦合到传输链路的恢复设备(138)，该恢复设备解交织第三分辨率的视频信号为逐行格式视频，并且将逐行格式视频变换为用于显示的交替的上部场行和下部场行。
18.如权利要求17所述的系统，其中变换设备滤波第一分辨率的逐行格式的像素相位，该设备包括一个1/4，1/2，1/4滤波器(134)。
19.如权利要求18所述的系统，其中变换设备以第一相位采样第一图像i，以及使用相同的1/4，1/2，1/4滤波器(134)，以第二相位采样第二图像i+1。
20.如权利要求19所述的系统，其中从1/4，1/2，1/4滤波器输出具有第一相位和第二相位的场，并且进一步包括合并装置(18)，用于合并具有第一相位的场和具有第二相位的场从而获得第三分辨率。
21.如权利要求17所述的系统，其中第一分辨率，第二分辨率和第三分辨率与垂直分辨率有关。
22.如权利要求21所述的方法，进一步包括用于抽取像素的装置(140)，以减小水平分辨率。
23.如权利要求17所述的系统，其中恢复设备包括用于解交织该视频信号的锯齿状对角线减少算法(142)。
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