CN1595972A - 格式变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明是与数字电视有关，特别是有关对多种规格的输入图像格式，将其合并为一体的方块中转换为多种规格输出图像格式的格式变换装置。特别是有关分辨率变换、帧频变换、扫描方式变换、画面比变换、格式色度差变换、色度坐标补偿、γ补偿、几何补偿等，全部在一个芯片做成的格式变换装置中完成的一项发明。本发明的优点是：在同一个方块中不仅可以处理数字电视TV信号、还可处理模拟电视TV信号、微处理机视频信号等更广泛范围内的视频信号，并且不存在根据新的外部输入信号的追加而产生的硬件追加问题，因此可有效地节减费用。

Description

格式变换装置

技术领域

本发明是与数字电视有关，特别是有关对多种规格的输入图像格式，将其融合成一体将其转换为多种规格输出图像格式的格式变换装置。

背景技术

通常，视频信号的规格以及显示其信号的显示装置其品种相当多。即作为视频信号规格，以其基准模拟电视TV信号(例如，NTSC(美国国家电视制式委员会)/PAL(逐行倒相正交平衡调幅制)/SECAM(塞康姆制即行轮换调频制))、摄像机VCR信号、微处理机PC信号(例如，VGA-UXGA)等以及最近的数字电视TV信号(例如，ATSC(美国高级电视制式委员会)/DVB(数字视频广播标准)/ARIB)等，根据这些适用系统，存在多种其他规格。

并且，视频信号的显示装置，也有以前广泛使用的隔行扫描模式阴极射线管CRT及投影仪(projection)模式以及最近大量被开发的逐行扫描模式等离子体显示器PDP(Plasma Display Panel)、液晶显示器LCD(Liquid CrystalDisplay)、微处理机等有相当多的多样化品种。

特别是随着数字电视开发及其开始广泛普及，对这种多样化的视频规格及显示装置，进行对应的必要性正在逐步增加。并且，随着半导体工程的发展增加了将尽可能多的功能全部单芯片化的倾向。

数字电视TV与以前的模拟电视TV不同支持多种格式。例如，作为美国数字电视TV广播规格的ATSC(美国高级电视制式委员会)规格，规定了18个广播格式。在这里，所谓格式通常是指下列的空间分辨率、帧频、扫描模式及画面比等的四种。

1：空间分辨率(resolution)：720×480；1280×720；1920×1080等；

2：帧频(frame rate)：24，30，59.94，60，80Hz等；

3：扫描模式(scan)：隔行扫描(Interlaced)/逐行扫描(Progressive)；

4：画面比(aspect ratio)：4∶3；16∶9；14∶9等。

即，对于数字电视TV，通常其输入信号包括如高清晰度HD(HighDefinition)级图像、标准清晰度级SD(Standard Definition)图像、微处理机视频信号、模拟电视TV信号等具有多种大小规格的图像信号；据此，作为数字电视TV能接收上述多种规格视频信号，并且应具有处理这些输入信号的功能；同时，如同上述，根据多种类型的显示装置，要求其输出格式多样化。

因此，人们需要根据各自的输入格式，将其转换为所希望输出格式的格式变换装置。

在传统技术中，通常对空间分辨率、帧频、扫描模式，以格式变换规定；在这里提出了画面比的追加方法。

因此，数字电视TV的格式变换装置，对输入的多种格式信号变换为所希望的输出格式，作为其一实例，将输入图像的空间分辨率、帧频、扫描模式及画面比等，变换为适合于所要求的输出格式。

图1为表示一般的数字电视TV的格式变换装置的一种实例构成方块图，假定射频RF形态的数字电视DTV信号调制为以残留边带VSB模式已进行了调制。即，残留边带VSB解调部101将残留边带VSB调制模式反向输入的射频RF形态数字电视DTV信号进行解调后，以传送(Transport；TS)流的形态输出到传送TS多路分配部102。传送TS多路分配部102将在一个通道内包含的许多程序中，选择所希望的一个程序；并根据被选择的程序，将已多路化的音频和视频比特流进行分离后，已分离的视频比特流输出到视频解码器103；而音频比特流输出到音频解码器105。

视频解码器103从被输入的视频比特流中清除标题内容(各种标题信息、开始码等)，并将真正数据信息经可变长度译码后(Variable Length Decoding；VLD)，通过反量化过程、反离散余弦变换(Inverted Discrete Cosine Transform；IDCT)及利用移动失量的移动补偿过程，恢复原来画面像素值并将此值输出到格式变换部104。并且，音频解码器105利用MPEG算法或视频编码(AC)-3(数字压缩标准)算法将被输入的音频比特流恢复到原来的音频信号后变为模拟化的信号输出到扬声器等。

格式变换部104取出广播电台播送的数字广播信号中所包含的四种格式信号即，分辨率、帧频、扫描模式、画面比，并利用此信号将输入图像变换为适合于显示装置的视频格式(例如：1920×1080、30、i、16∶9，i表示隔行扫描)。

但是，在图1所示的数字电视DTV格式变换装置，虽然能对数字广播信号进行格式变换，但为支持其他视频信号(例如，模拟电视TV信号、微处理机PC信号及合成信号等)格式变换而产生许多问题。

即，虽然为处理数字电视TV信号而设置了格式变换部，但由于没有设置为处理其他视频信号的格式变换部，因此如同图2所示，有必要追加设置格式变换部。

图2为表示除了数字电视TV信号之外追加变换其他视频信号的格式的变换装置一种实例构成方块图，为了格式变换模拟电视TV信号、微处理机PC信号、合成信号等，存在要在图1中追加设置格式变换部205的问题。此时，从数字电视DTV格式变换部204或追加的格式变换部205，将已格式变换的图像信号通过多路转换器206选择输出。

此时，模拟电视TV信号、合成信号及微处理机图像信号等，根据CCIR(国际无线电咨询委员会)劝告601格式(D1)、EIA(美国电子工业协会)770.1-3，VESA(视频电子标准协会)等规格被形成，但在图像信号内不包括格式信息。即，格式变换部205从输入信号中通过检测图像格式或用户告知的格式进行格式变换。

同时，在图2中追加的格式变换部205，为解决上述存在问题具有图3所示的构成。

例如，如果输入NTSC(美国国家电视制式委员会)复合图像信号，则在NTSC解码器301中分离水平/垂直同步信号及亮度(Y)和色度信号(C)。并且必要时，在色度变换部302中形成色度坐标变换(如YIQ→YCbCr)及色度差格式变换(如，4∶2∶0→4∶2∶2)之后，输入到格式变换部306。

同时，微处理机PC信号VGA-UXGA等通过RGB(红绿蓝)输入部303以RGB形态被输入；必要时，在色度变换部304中形成色度坐标变换(如，RGB→YCbCr)及色度差格式变换(如，4∶4∶4→4∶2∶2)之后，输入到格式变换部306；同时，合成信号480i-1080i通过输入部305直接输入到格式变换部306。

这种传统技术，为处理模拟电视TV信号、微处理机PC信号及合成信号等外部视频信号，如同图3所示，需要在外部独立进行各自色度坐标及色度差格式变换。

这种模式每次追加视频信号时，在数字电视TV的格式变换部204外部，产生相应方块要继续追加的问题。

同时，为已格式变换的信号与多种显示装置相连，必须考虑显示装置固有特性的基础上进行色度坐标变换、γ补偿及几何补偿；但每次替换显示装置时，产生追加附加电路的问题。在这里，所谓γ补偿是指在显示器颜色(color)特性上发生的各种失真而言。γ补偿适用于所有显示装置。同时，所谓几何补偿，如同图4a至图4d所示，在显示特性上发生的各种几何失真(distortion)而言。特别是在阴极射线管CRT模式和投影模式中这种问题较多，而在等离子体显示器PDP中不存在这种问题。

如同上述的传统格式变换模式，每当追加外部视频输入信号时，在格式变换部外部产生为相应变换而追加硬件的问题。考虑到日后逐步许多种媒体与数字电视TV融合的趋势，预测今后有更多的多种视频信号输入到数字电视TV并由此外部的变换部逐步增加从而产生硬件的大小变大的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出一种格式变换装置，其目的是提供色度坐标及γ补偿、色度差格式变换、及几何失真补偿均在格式变换部内部处理的格式变换装置。

本发明是这样实现的：为达到上述目的而提出的根据本发明格式变换装置不仅对空间分辨率、帧频、扫描模式、画面比进行变换，而且对色度坐标补偿、γ补偿、色差格式变换、及几何失真补偿等均能在格式变换部内部进行处理作为其特征。这种特征可以解释为对以前的格式变换在更广泛范围内的扩展。通过上述特征数字电视TV可以处理的视频信号更加多样化且更进一步提高分辨率的格式变换性能。

如果输入图像信号格式信息能被传送，则可选取其信号；如果不被传送，则利用输入图像的同步信号进行检测或取出在外部用户告知的格式信息来检测输入图像的格式；根据用户所希望输出图像或输出装置特性，检测在系统中设置的输出图像格式而设置的输入/输出图像格式检测部；并且，根据从输入/输出图像检测部检测的输入/输出图像格式信息，将输入的图像信号的空间分辨率、帧频、扫描模式、画面比、色度差格式等变换为检测的输出的图像格式；根据输出装置的特性，来完成已格式变换图像信号的色度坐标补偿、γ补偿、几何补偿的格式变换以及显示特性补偿部，由一个芯片构成的格式变换装置。

本发明的优点效果是：如同上述根据本发明格式变换装置，将分辨率变换、帧频变换、扫描模式变换、画面比变换、色度差格式变换、色度坐标补偿、γ补偿以及几何补偿等在一个融合为一体的格式变换装置内完成。因此，在数字电视TV中不仅支持数字电视TV信号，模拟电视TV信号、微处理机图像信号及合成信号等多种规格视频信号，而且支持更广泛范围内视频信号均能在同一个方块中进行处理。并且，由于这种结果转换为其他视频规格，因此能支持多种规格视频信号输出。同时，由于显示装置特性能进行补偿，因此，支持各种不同规格的显示装置。

特别是，由于在一个芯片内完成所有格式变换，因此不需要随新的外部输入信号追加而追加硬件，从而有效的降低其成本费用。

附图说明

图1是传统技术的数字电视TV构成方块图。

图2是为了表示除了数字电视DTV信号以外的其他视频信号进行格式变换的传统技术数字电视TV构成方块图。

图3是在图2的格式变换部的一个实例详细方块图。

图4a至图4d是几何失真实例图。

图5是本发明的格式变换装置概念图。

图6是本发明的格式变换装置详细方块图。

图7是图5的格式变换装置动作流程图。

图8是色度坐标之间变换实例图。

图中500：视频信号格式变换装置；601：视频信号输入部；602：视频信号格式检测部；603：视频译码部；604：格式变换部；605：视频编码部；606：显示特性补偿部；607：控制部；608：存储器。

具体实施方式

以下，根据本发明的典型实例参照附图做详细说明。

图5为表示根据本发明格式变换装置的概念图。对多种规格输入信号，例如：数字广播信号(ATSC/DVB/ARIB)、模拟广播信号(NTSC/PAL/SECAM)、微处理机PC信号(VGA-UXGA)、合成信号(DVD，机顶盒)等，不用其他附加电路而通过以单芯片构成的视频信号格式变换装置500变换为所希望的输出信号格式，例如：显示器驱动信号(CRT/PDP/LCD/PJTV/PJTR)、数字广播信号(ATSC/DVB/ARIB)、模拟电视TV信号(NTSC/PAL/SECAM)、微处理机PC信号(VGA-UXGA)、合成信号(DVD，机顶盒)。

即，在视频信号格式变换装置500中，将原来的空间分辨率、帧频、扫描模式以及对画面比变换与色度坐标补偿、色度差格式变换、γ补偿、及几何补偿等的功能融合完成以下格式变换：

1：空间分辨率：640×480；720×480；1280×720；1920×1080等；

2：帧频(单位：Hz)：24；30；59.94；60；80；100等；

3：扫描模式(scan)：隔行扫描/逐行扫描；

4：画面比(aspect ratio)：4∶3；14∶9；16∶9；20∶9；

5：色度差格式(Chroma format)：4∶2∶0；4∶1∶1；4∶2∶2；4∶4∶4等；

6：色度坐标(color space)：RGB；YCbCr；YUV；YIQ等；

7：γ补偿；

8：几何补偿。

图6为表示图5的详细方块图的一例，其组成为：接收多种规格图像信号并将其存储在存储器608的同时，为检测输入图像格式而输出信号的视频信号输入部601；当输入信号在被压缩的情况下，从存储器608读出被压缩的图像信号，并将其译码后再存储到存储器608的同时，为检测输入图像格式而输出信号的视频译码部603；为检测通过视频信号输入部601或视频译码部603输入的视频信号或从用户指定的格式信息输入的图像信号的格式而设置的视频信号格式检测部602；检测适用于当前显示装置的输出图像格式信息，并输出已检测的输出图像格式信息和输入图像格式信息而设置的控制部607；根据从控制部607输出的输入图像格式信息和输出图像格式信息，从存储器608读出输入图像或被译码的图像，并将空间分辨率、帧频、扫描模式、画面比、及色度差格式经变换之后，再存储到存储器608的格式变换部604；所希望的输出图像在被压缩的状态下，将已格式变换的图像信号从存储器608读出并对其进行压缩后再存储到存储器608的视频编码部605；及根据从控制部607输出的输入图像格式信息和输出图像格式信息，从存储器608读出被存储的图像信息，并完成色度坐标补偿、γ补偿、以及几何补偿后输出到显示装置而设置的显示特性补偿部606等构成。

如同上述构成的本发明，其输入为多种规格的视频信号，例如，数字广播信号(如ATSV/DVB/ARIB)、模拟电视TV信号(如NTSC/PAL/SECAM)、微处理机图像信号(如，VGA-UXGA)、合成信号(如，DVD，机顶盒)等。并且，其输出也为已被格式变换的多种规格视频信号，例如，显示器驱动信号(如，CRT/PDP/LCD/PJTV/PJTR)；数字广播信号(如，ATSC/DVB/ARIB)；模拟电视TV信号(如，NTSC/PAL/SECAM)；微处理机图像信号(如，VGA-UXGA)；合成信号(如，DVD，机顶盒)等。即，输入的图像信号为一个或多数个，已格式变换的输出图像信号也为一个或多数个。

为此，视频信号输入部601在多种规格的图像信号中，如果其中之一被输入，则通过接口存储到存储器608的同时，为检测其格式而将其信号输出到视频信号格式检测部602。

并且，视频译码部603在输入图像信号为被压缩信号时，例如其输入信号为数字广播信号时，则通过存储器608读出输入图像信号并经译码后再存储到存储器608的同时，为检测格式将信号输出到视频信号格式检测部602。即，视频译码部603如果已输入的信号为被压缩的数字比特流，则将对其进行译码。视频译码部603利用MPEG2 MP@HL解码器作为其实例。

视频信号格式检测部602从视频信号输入部601或视频译码部603输出的图像信号或从用户指定的输入图像格式，检测输入图像格式信息，并将其输出到控制部607。

控制部607检测需要在当前显示装置上显示的输出图像格式信息。即，输出图像格式可以是用户指定；也可以是根据相连显示装置的信息在系统中事先设定；控制部607就检测这种图像格式。同时，这样检测的输出图像格式信息与输入图像格式信息一同输出到格式变换部604和显示特性补偿部606。

图7为表示视频信号格式检测部602与格式变换部604及显示特性补偿部606动作流程图。由图可见，如果输入的图像信号格式信息被传送，则选取其信号；如果不被传送，则可以利用同步信号进行检测或利用在外部用户告知的格式信息进行检测。

即，如果有图像信号输入(701阶段)，则判断是否是数字信号(如，被压缩的数字比特流)还是外部输入(如，微处理机图像信号)(702阶段)。

如果判断为数字信号，即，如数字广播，则首先检测图像信号有无(703阶段)；如果判断为无图像信号(704阶段)，则输出背景颜色或已设定的图像(705阶段)；如果判断为有图像信号，则从已输入的图像信号中抽出图像格式信息(706阶段)。作为一例，图像信号的有无及图像格式信息，可以从视频译码部603已译码的图像信号中知道其情况。

一方面，如果判断为外部输入，则由于格式信息不能被传送，因此输入同步信号检测图像信号的有无(708阶段)；如果判断为无图像信号(709阶段)，则输出背景颜色或已设定的图像(705阶段)；如果判断为有图像信号，则根据已输入同步信号或用户指定的输入格式，取出输入图像格式信息(710阶段)。即，对外部输入的情况，由于无格式信息，因此可以利用同步信号或根据用户指定，取出输入图像格式。

如同上述，如果检测出输入图像格式，则控制部607将输出图像格式信息和输入图像格式信息，输出到格式变换部604和显示特性补偿部606。

格式变换部604为使从控制部607接收的输入图像格式与输出图像格式相匹配，读出存储在存储器608中的图像信息，并将分辨率、帧频、扫描模式、画面比、以及色度差格式等经变换后再存储到存储器608。一方面，显示特性补偿部606读出已格式变换并存储在存储器608的图像信号，并完成色度坐标补偿、γ补偿、以及几何补偿等之后将其输出到显示装置(707阶段)。在这里，如果完成γ补偿，则由于亮度(Y)值产生变化，因此将γ补偿可以看成为一个格式变换。

对γ补偿而言，如果显示装置为电视TV，则γ补偿是必要的；如果是微处理机PC，则γ补偿就不必要了。

图8为表示色度坐标之间变换实例，作为一例，如果输入图像色度坐标为Y(Cb-128)(Cr-128)，所希望的输出图像色度坐标为RGB(红绿蓝)的情况，如同与下面数学式1可以进行变换。

【数学式1】

$\left[\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}256& -86& -179\\ 256& 443& 0\\ 256& 0& 350\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}Y\\ \mathrm{Cb}-128\\ \mathrm{Cr}-128\end{array}\right]$

R＝256*Y-86(Cb-128)-179(Cr-128)

G＝256*Y+443(Cb-128)

B＝256*Y+350(Cr-128)

并且，如果用户所希望的输出图像格式为被压缩的比特流，则视频编码部605从存储器608读出已格式变换的图像信号，并经压缩后再存储到存储器608。

如同上述在格式变换部604中，与输出图像格式相匹配的形成空间分辨率、帧频、扫描模式、画面比以及色度差格式变换；而在显示特性补偿部606中，考虑到显示装置对已格式变换的图像信号形成各种补偿即，色度坐标补偿、γ补偿、及几何补偿。

例如，如果输入信号假定为微处理机图像信号，则色度坐标为RGB(红绿蓝)状态；而色度差格式为4∶4∶4状态。如果将这种状态要在数字电视TV上显示，则在格式变换部604及显示特性补偿部606中，不仅对分辨率、帧频、扫描模式、画面比，而且色度坐标以YCbCr形态；色度差格式以4∶2∶0的形态进行变换并输出。在必要的情况下也可以进行γ补偿。

如同上述的本发明支持各种视频规格间的变换。

Claims (3)

1、一种格式变换装置，其特征在于如果输入图像信号格式信息能被传送，则可选取其信号；如果不被传送，则利用输入图像的同步信号进行检测或取出在外部用户告知的格式信息来检测输入图像的格式；根据用户所希望输出图像或输出装置特性，检测在系统中设置的输出图像格式而设置的输入/输出图像格式检测部；并且，根据从输入/输出图像检测部检测的输入/输出图像格式信息，将输入的图像信号的空间分辨率、帧频、扫描模式、画面比、色度差格式等变换为检测的输出的图像格式；根据输出装置的特性，来完成已格式变换图像信号的色度坐标补偿、γ补偿、几何补偿的格式变换以及显示特性补偿部，由一个芯片构成。

2、根据权利要求1所述的格式变换装置，其特征在于如果输入的图像信号为已被压缩的状态，则多包含一个将其进行译码的视频译码器。

3、根据权利要求1所述的格式变换装置，其特征在于如果所希望的输出图像信号处在被压缩状态，则多包含一个将已格式变换的图像信号进行压缩的视频编码器。

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