CN1701610A - 基于相位校正场的自适应解隔行方法和设备、以及存储用于执行自适应解隔行方法的程序的记录介质 - Google Patents

Abstract

这里公开一种基于输入隔行图像信号的相位校正场的自适应解隔行方法和设备，和存储用于执行这种方法的计算机程序的记录介质。该方法包括：通过对输入的隔行图像信号的第k场的相位补偿1行频来产生相位校正的第k场；计算相位校正的第k场和隔行图像信号的第k－1场之间的第一运动矢量；计算隔行图像信号的第k－1场和第k+1场之间的第二运动矢量；和根据第一和第二运动矢量值确定输入图像是否存在运动，并且基于该结果和第k场产生第k逐行扫描帧。这样，通过更加精确地检测对应的插入的场的运动信息，在解隔行后锯齿现象被最小化。

Description

基于相位校正场的自适应解隔行方法和设备、以及存储用于执行自适应解隔 行方法的程序的记录介质

                          技术领域

本发明涉及一种用于转换图像格式的设备和方法，更具体地说，涉及一种基于与预定的隔行扫描场(interlaced field)对应的相位校正场(phasecorrected field)的自适应解隔行(de-interlacing)设备和方法，输入的隔行图像信号通过其被转换成逐行(progressive)图像信号。

                          背景技术

一般的电视图像信号在频域使用隔行扫描方法被压缩以形成一个带有两个场的帧。然而，近来，图像通常使用逐行扫描的方法显示在个人电脑(PC)和高清晰电视(HDTV)上。因此，为了显示隔行的图像，应该使用可选的方法执行逐行的扫描来产生在隔行图像中被省略的图像行。这是使用解隔行方法来实现的。

图1是描述传统视频数据解隔行方法的示图。

参照图1，在解隔行期间，只包含所有垂直奇数或偶数样本的场被转换成帧。这时，输出帧由等式1定义。

[等式1]

这里

$\stackrel{\→}{x}$

表示空间位置，n是场的标号。此外，

$F(\stackrel{\→}{x},n)$

是输入场，

$F_i(\stackrel{\→}{x},n)$

是内插的(interpolated)像素。

图2显示了传统的基于运动补偿的解隔行方法。在这种方法中，图像的运动信息被提取以内插当前场的空行，然后基于提取出的运动信息使用先前(preceding)场或者下一个先前场的像素内插当前场的空行。

在基于MC的解隔行方法中，假定在相邻的偶奇偶(parity)场或者相邻的奇奇偶场之间的运动矢量拥有一致的速度，然后一个场在两个相邻的偶或奇奇偶场之间的中间位置被插入。

使用MC的视频行内插方法公开于第6,233,018号美国专利中。

                          发明公开

                          技术问题

然而，因为运动图像不总是有一致的速度并且插入的场的位置不是具有相同相位的两个相邻场之间的正中间位置，所以锯齿现象出现了，这降低了运动图像的质量。

                         技术解决方案

本发明通过使用校正对应的插入场相位的相位校正场以用于把输入隔行图像信号转换成逐行扫描信号，从而提供一种自适应的解隔行方法和设备来精确地检测运动信息并最小化解隔行之后的锯齿现象，本发明也提供了一种存储用来执行这种方法的计算机程序的记录介质。

                          有益的效果

如上所述，依照本发明，通过基于校正对应的插入场的相位的相位校正场检测输入图像的运动，还通过更加精确地检测对应的插入场的运动信息，可最小化解隔行后的锯齿现象。

尽管已参照其示例性实施例具体地表示和描述了本发明，但本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由下面权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可以对其进行形式和细节的各种修改。

                          附图说明

通过结合附图对其示例性实施例进行的详细描述，本发明的以上和其他特性和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是描述传统的视频数据解隔行方法的示图；

图2显示基于运动补偿的传统解隔行方法；

图3是本发明的实施例的自适应解隔行设备的方框图；

图4显示本发明的第k场的相位校正过程和相位校正的第k场和第k-1场之间的运动矢量的计算过程；

图5是本发明的实施例的自适应解隔行方法的流程图；

图6是本发明的另一个实施例的自适应解隔行设备的方框图；

图7显示本发明的自适应运动矢量计算过程和自适应运动补偿过程；和

图8是本发明的另一个实施例的自适应解隔行方法的流程图。

                          最佳方式

依照本发明的一个方面，一种基于输入隔行图像信号的相位校正场的自适应解隔行方法被提供，包含：通过对输入的隔行图像信号的第k场的相位补偿1行频来产生相位校正的第k场；计算相位校正的第k场和隔行图像信号的第k-1场之间的第一运动矢量；计算隔行图像信号的第k-1场和第k+1场之间的第二运动矢量；和基于第一和第二运动矢量值确定是否存在输入图像的运动，并且基于该结果和第k场产生第k逐行扫描帧。

此外，本方法还可以包含：基于第一和第二运动矢量产生自适应运动矢量；基于产生的自适应运动矢量、第k-1场、和第k+1场产生自适应运动补偿场；和计算第一和第二运动矢量之间的相关性，如果计算出的相关性大于临界值，则基于自适应运动矢量产生逐行扫描帧。

依照本发明的另一个方面，一种基于输入隔行图像信号的相位校正场的自适应解隔行设备被提供，包含：相位校正器，用于通过对输入的隔行图像信号的第k场的相位补偿1行频来产生相位校正的第k场；第一运动矢量计算器，用于计算相位校正的第k场和隔行图像信号的第k-1场之间的第一运动矢量；第二运动矢量计算器，用于计算隔行图像信号的第k-1场和第k+1场之间的第二运动矢量；和图像转换器，基于第一和第二运动矢量值确定是否存在输入图像的运动，并且基于该结果和第k场产生第k逐行扫描帧。

依照本发明的另一个方面，一种存储用于执行基于输入隔行图像信号的相位校正场的自适应解隔行方法的计算机程序的记录介质被提供，该方法包含：通过对输入的隔行图像信号的第k场的相位补偿1行频来产生相位校正的第k场；计算相位校正的第k场和隔行图像信号的第k-1场之间的第一运动矢量；计算隔行图像信号的第k-1场和第k+1场之间的第二运动矢量；和基于第一和第二运动矢量值确定是否存在输入图像的运动，并且基于该结果和第k场产生第k逐行扫描帧。

                       本发明的方式

图3是本发明的自适应解隔行设备的方框图。

参照图3，本发明的解隔行设备把输入的隔行图像信号转换成逐行图像信号并包含：第一场存储器310、第二场存储器320、相位校正器330、第一运动矢量计算器340、第二运动矢量计算器350、和图像转换器390。

图像转换器390包含运动探测器360、选择器370、和交替编织(interleaving)单元380。

隔行图像信号的第k+1场输入到第一场存储器310，第一场存储器310和第二场存储器320被分别用来产生第k场和第k-1场。

相位校正器330通过将第一场存储器310的输出，即第k场的相位延迟1水平周期来产生相位校正的第k场。当第k场是奇数场时，相位校正的第k场是与第k场的相位相反的偶数场。

第一运动矢量计算器340计算在作为第二场存储器320的输出的第k-1场和作为相位校正器330的输出的相位校正的第k场之间的第一运动矢量MV1＝(dx1，dy1)，然后输出第一运动矢量到运动探测器360。

第二运动矢量计算器350计算在输入的第k+1场和作为第二场存储器320的输出的第k-1场之间的第二运动矢量MV2＝(dx2，dy2)，然后输出第二运动矢量到运动探测器360。

运动探测器360通过把分别在第一运动矢量计算器340和第二运动矢量计算器350中计算出的第一和第二运动矢量与预定的临界值进行比较来确定是否存在输入图像的运动，然后依照此确定的结果产生运动信息，最后输出运动信息到选择器370。在本实施例中，如果第一和第二运动矢量中的一个大于临界值，则确定存在输入图像的运动。选择性地，也可通过使用第一和第二运动矢量中的一个确定是否存在输入图像的运动。

选择器370输出根据从运动探测器360输入的运动信息输入的来自第二场存储器320的第k-1场和来自相位校正器330的相位校正的第k场中的一个到交替编织单元380。

例如，当不存在输入图像的运动时，选择器370输出来自第二场存储器320的第k-1场。

此外，当存在输入图像的运动时，选择器370输出来自相位校正器330的相位校正的第k场。

交替编织单元380基于从选择器370输入的场信号和从第一场存储器310输入的第k场信号产生并输出第k逐行扫描帧。

例如，如果第k场是奇数场并且输入图像存在运动，则交替编织单元380基于从第一场存储器310输入的第k场和来自相位校正器330的相位校正的第k场，即偶数场，产生并输出逐行扫描帧。

图4显示在图3所示的相位校正器330和第一运动矢量计算器340中执行的从第一场存储器310输出的第k场的相位校正过程，并显示了在相位校正的第k场和第k-1场之间的运动矢量的计算过程。

图5是在图3所示的自适应解隔行设备中执行的自适应解隔行方法的流程图。

在步骤510中，通过对输入隔行图像信号的第k场的相位校正1行频来产生相位校正的第k场。例如，如果输入隔行图像信号的第k场是奇数场，则相位校正的第k场就是与第k场相位相反的偶数场。

在步骤510中产生的相位校正的第k场和输入隔行图像信号的第k-1场之间的第一运动矢量在步骤520中计算得出。

输入隔行图像信号的第k-1场和第k+1场之间的第二运动矢量在步骤530中计算得出。

在步骤540中，基于计算出的第一和第二运动矢量值确定是否存在输入图像的运动。在本实施例中，如果第一和第二运动矢量中的一个大于预定的临界值，则确定存在输入图像的运动。选择性地，也可通过使用第一和第二运动矢量中的一个来确定是否存在输入图像的运动。

依照在步骤540中确定的是否存在输入图像的运动，通过使用第k-1场和相位校正过的第k场中的一个，在步骤550中产生第k逐行扫描帧。

当第k场是奇数场并且不存在输入图像的运动时，通过使用第k场和是偶数场的第k-1场，在步骤552中产生并输出逐行扫描帧。

当第k场是奇数场并且存在输入图像的运动时，通过使用第k场和相位校正的第k场，即偶数场，在步骤554中产生和输出逐行扫描帧。

图6是本发明另一个实施例的自适应解隔行设备的方框图。

参照图6，本发明的解隔行设备把输入隔行图像信号转换成逐行图像信号，并包含：第一场存储器610、第二场存储器620、相位校正器630、第一运动矢量计算器640、第二运动矢量计算器650、自适应运动矢量计算和运动补偿单元670、和图像转换器700。

图像转换器700还包含：运动探测器660、选择器680、和交替编织单元690。

因为图6中的第一场存储器610、第二场存储器620、和相位校正器630与图3中对应的第一场存储器310、第二场存储器320、和相位校正器330执行相同的操作，所以对其的详细描述将被省略。

第一运动矢量计算器640计算在作为第二场存储器620的输出的第k-1场和作为相位校正器630的输出的相位校正的第k场之间的第一运动矢量MV1＝(dx1，dy1)，然后输出第一运动矢量到运动探测器660和自适应运动矢量计算和运动补偿单元670。

第二运动矢量计算器650计算在输入的第k+1场和作为第二场存储器620的输出的第k-1场之间的第二运动矢量MV2＝(dx2，dy2)，然后输出第二运动矢量到运动探测器660和自适应运动矢量计算和运动补偿单元670。第二运动矢量计算器650也把输入的第k+1场信号和作为第二场存储器620的输出的第k-1场信号输出到自适应运动矢量计算和运动补偿单元670。

运动探测器660基于输入的第一和第二运动矢量值确定是否存在输入图像的运动并确定第一和第二运动矢量是否有效，依照确定的结果产生运动信息，最后输出运动信息到选择器680。

在本实施例中，如果第一和第二运动矢量值中的一个大于预定的临界值，则确定存在输入图像的运动。选择性地，也可通过使用第一和第二运动矢量中的一个确定是否存在输入图像的运动。

当确定存在运动时，通过计算第一和第二运动矢量之间的相关性，可以确定第一和第二运动矢量是否有效。在本实施例中，如果该相关性大于预定的临界值，则确定第一和第二运动矢量是有效的。

自适应运动矢量计算和运动补偿单元670基于输入的第一运动矢量MV1＝(dx1，dy1)和第二运动矢量MV2＝(dx2，dy2)计算自适应运动矢量(dx2/w，dy2/w)，其中的w依照等式2计算得出。

[等式2]

$w=\frac{\sqrt{{\mathrm{dx}1}^2+{\mathrm{dy}1}^2}}{\sqrt{{\mathrm{dx}2}^2+{\mathrm{dy}2}^2}}$

自适应运动矢量计算和运动补偿单元670通过基于计算出的自适应运动矢量和输入的第k+1场和第k-1场信息执行运动补偿来产生自适应运动补偿场，然后把它输出到选择器680。

图7显示在自适应运动矢量计算和运动补偿单元670中执行的自适应运动矢量计算和自适应运动补偿方法。

选择器680基于从运动探测器660输入的运动信息输出来自第二场存储器620的第k-1场、来自相位校正器630的相位校正的第k场、和来自自适应运动矢量计算和运动补偿单元670的自适应运动补偿场中的一个到交替编织单元690。

例如，如果运动信息显示不存在输入图像的运动，则选择器680输出来自第二场存储器620的第k-1场。

此外，如果运动信息显示存在输入图像的运动并且第一和第二运动矢量无效，则选择器680输出来自相位校正器630的相位校正的第k相关场。

此外，如果运动信息显示存在输入图像的运动并且第一和第二运动矢量有效，则选择器680输出从自适应运动矢量计算和运动补偿单元670输入的自适应运动补偿场。

交替编织单元690基于从选择器680输入的场信号和从第一场存储器610输入的第k场信号产生并输出第k逐行扫描帧。

例如，当第k场是奇数场并且不存在输入图像的运动时，交替编织单元690通过使用从第一场存储器610输入的第k场和从第二场存储器620输入的第k-1偶数场来产生并输出第k逐行扫描帧。

此外，当第k场是奇数场并且存在输入图像的运动并且第一和第二运动矢量无效时，交替编织单元690通过使用从第一场存储器610输入的第k场和从相位校正器630输入的作为偶数场的相位校正的第k场来产生并输出第k逐行扫描帧。

此外，当第k场是奇数场并且存在输入图像的运动并且第一和第二运动矢量有效时，交替编织单元690通过使用从第一场存储器610输入的第k场和从自适应运动矢量计算和运动补偿单元670输入的作为偶数场的自适应运动补偿场来产生并输出第k逐行扫描帧。

图8是在图6所示的解隔行设备中执行的自适应解隔行方法的流程图。

在步骤810中，通过对输入隔行图像信号的第k场的相位校正1行频来产生相位校正的第k场。例如，如果输入隔行图像信号的第k场是奇数场，则相位校正过的第k场就是与第k场相位相反的偶数场。

在步骤810中产生的相位校正的第k场和输入隔行图像信号的第k-1场之间的运动矢量，即第一运动矢量MV1＝(dx1，dy1)，在步骤820中计算得出。

输入隔行图像信号的第k-1场和第k+1场之间的运动矢量，即第二运动矢量MV2＝(dx2，dy2)，在步骤830中计算得出。

在步骤840中，基于第一运动矢量MV1＝(dx1，dy1)和第二运动矢量MV2＝(dx2，dy2)计算自适应运动矢量(dx2/w，dy2/w)，其中w依照等式2计算。此外，通过基于计算出的自适应运动矢量、输入的第k+1场信号、和第k-1场信号执行运动补偿来产生自适应运动补偿场。

在步骤850中，基于在步骤820和830计算出的第一和第二运动矢量值，确定是否存在输入图像的运动并确定第一和第二运动矢量是否有效，并且依照该确定结果的运动信息也在步骤850中产生。

在本实施例中，如果第一和第二运动矢量值中的一个大于预定的临界值，则确定存在输入图像的运动。选择性地，也可通过使用第一和第二运动矢量中的一个来确定是否存在输入图像的运动。

当确定存在运动时，通过计算第一和第二运动矢量之间的相关性来确定第一和第二运动矢量是否有效。在本实施例中，如果该相关性大于预定的临界值，则确定第一和第二运动矢量有效。

在步骤860中，基于步骤850中产生的运动信息，通过使用第k场和第k-1场、相位校正的第k场、和自适应运动补偿场中的一个来产生第k逐行扫描帧。

当第k场是奇数场并且不存在输入图像的运动时，通过使用第k场和是偶数场的第k-1场，在步骤862中产生第k逐行扫描帧。

当第k场是奇数场并且存在输入图像的运动并且第一和第二运动矢量无效时，通过使用第k场和作为偶数场的相位校正的第k场，在步骤864中产生第k逐行扫描帧。

当第k场是奇数场并且存在输入图像的运动并且第一和第二运动矢量有效时，通过使用第k场和作为偶数场的自适应运动补偿场，在步骤866中产生第k逐行扫描帧。

本发明可以通过运行计算机可读介质上的程序，在通用计算机上实施，该可读介质包含但不局限于存储介质，比如磁存储介质(ROM、RAM、软盘、磁带等)、光学可读介质(CD-ROM、DVD等)、和载波(通过因特网传输)。本发明可以被实施为一种计算机可读介质，其上存储着能在分布式处理时由通过网络连接的计算机系统执行的计算机可读的程序代码单元。

                     产业上的可利用性

本发明可以被应用于一种基于输入隔行图像信号的相位校正场的自适应解隔行设备上。

Claims (23)

1、一种基于输入隔行图像信号的相位校正场的自适应解隔行方法，包括：

通过对输入的隔行图像信号的第k场的相位补偿1行频，产生输入隔行图像信号的相位校正的第k场；

计算相位校正的第k场和隔行图像信号的第k-1场之间的第一运动矢量；

计算隔行图像信号的第k-1场和第k+1场之间的第二运动矢量；和

根据第一和第二运动矢量值确定输入图像是否存在运动，并且基于运动确定的结果和第k场产生第k逐行扫描帧，

其中，k包括整数。

2、如权利要求1所述的方法，其中，如果第一和第二运动矢量值中的一个大于预定的临界值，则确定输入图像存在运动，然后，通过使用相位校正的第k场和第k场来产生第k逐行扫描帧。

3、如权利要求1所述的方法，其中，如果第一和第二运动矢量值中的一个小于预定的临界值，则确定输入图像不存在运动，然后，通过使用第k-1场和第k场来产生第k逐行扫描帧。

4、如权利要求1所述的方法，还包括：

基于第一和第二运动矢量产生自适应运动矢量。

5、如权利要求4所述的方法，其中，如果第一运动矢量是(dx1，dy1)并且第二运动矢量是(dx2，dy2)，则自适应运动矢量就是(dx2/w，dy2/w)，其中，

$w=\frac{\sqrt{{\mathrm{dx}1}^2+{\mathrm{dy}1}^2}}{\sqrt{{\mathrm{dx}2}^2+{\mathrm{dy}2}^2}}$

6、如权利要求4所述的方法，还包括：

基于产生的自适应运动矢量、第k-1场、第k+1场产生自适应运动补偿场。

7、如权利要求4所述的方法，其中，第一和第二运动矢量之间的相关性被计算，然后，如果计算出的相关性大于预定的临界值，则通过使用自适应运动矢量产生逐行扫描帧。

8、如权利要求1所述的方法，其中，如果第k场是奇数场，则相位校正的第k场就是偶数场，如果第k场是偶数场，则相位校正的第k场就是奇数场。

9、一种基于输入隔行图像信号的相位校正场的自适应解隔行设备，包括：

相位校正器，用于通过对输入的隔行图像信号的第k场的相位补偿1行频来产生相位校正的第k场；

第一运动矢量计算器，用于计算相位校正的第k场和输入隔行图像信号的第k-1场之间的第一运动矢量；

第二运动矢量计算器，用于计算输入隔行图像信号的第k-1场和第k+1场之间的第二运动矢量；和

图像转换器，基于第一和第二运动矢量值确定是否存在输入图像的运动，并且基于运动确定结果和第k场产生第k逐行扫描帧，

其中，k包括整数。

10、如权利要求9所述的设备，其中，如果第一和第二运动矢量值中的一个大于预定的临界值，则图像转换器确定输入图像存在运动，然后通过使用相位校正的第k场和第k场产生第k逐行扫描帧。

11、如权利要求9所述的设备，其中，如果第一和第二运动矢量值中的一个小于预定的临界值，则图像转换器确定输入图像不存在运动，然后通过使用第k-1场和第k场产生第k逐行扫描帧。

12、如权利要求9所述的设备，还包括：

自适应运动矢量计算和运动补偿单元，基于第一和第二运动矢量计算自适应运动矢量，然后通过使用计算出的自适应运动矢量、第k-1场、和第k+1场来产生自适应运动补偿场。

13、如权利要求12所述的设备，其中，如果第一运动矢量是(dx1，dy1)并且第二运动矢量是(dx2，dy2)，则自适应运动矢量就是(dx2/w，dy2/w)，其中，

$w=\frac{\sqrt{{\mathrm{dx}1}^2+{\mathrm{dy}1}^2}}{\sqrt{{\mathrm{dx}2}^2+{\mathrm{dy}2}^2}}$

14、如权利要求12所述的设备，其中，如果输入图像存在运动并且第一和第二运动矢量之间的相关性大于预定的临界值，则图像转换器通过使用第k场和自适应运动补偿场来产生第k逐行扫描帧。

15、如权利要求9所述的设备，其中，如果第k场是奇数场，则相位校正的第k场就是偶数场，如果第k场是偶数场，则相位校正的第k场就是奇数场。

16、一种计算机可读介质，其存储着用于执行基于输入隔行图像信号的相位校正场的自适应解隔行方法的计算机程序，该方法包括：

通过对输入的隔行图像信号的第k场的相位补偿1行频来产生相位校正的第k场；

计算相位补偿的第k场和隔行图像信号的第k-1场之间的第一运动矢量；

计算隔行图像信号第k-1场和第k+1场之间的第二运动矢量；和

根据第一和第二运动矢量值确定输入图像是否存在运动，并且基于运动确定的结果和第k场来产生第k逐行扫描帧，

其中，k包括整数

17、如权利要求16所述的介质，其中，如果第一和第二运动矢量值中的一个大于预定的临界值，则确定输入图像存在运动，然后通过使用相位校正的第k场和第k场产生第k逐行扫描帧。

18、如权利要求16所述的介质，其中，如果第一和第二运动矢量值中的一个小于预定的临界值，则确定输入图像不存在运动，然后通过使用第k-1场和第k场产生第k逐行扫描帧。

19、如权利要求16所述的介质，还包括：

基于第一和第二运动矢量产生自适应运动矢量。

20、如权利要求19所述的介质，其中，如果第一运动矢量是(dx1，dy1)并且第二运动矢量是(dx2，dy2)，则自适应运动矢量就是(dx2/w，dy2/w)，其中，

$w=\frac{\sqrt{{\mathrm{dx}1}^2+{\mathrm{dy}1}^2}}{\sqrt{{\mathrm{dx}2}^2+{\mathrm{dy}2}^2}}$

21、如权利要求19所述的介质，还包括：

基于产生的自适应运动矢量、第k-1场、和第k+1场产生自适应运动补偿场。

22、如权利要求19所述的介质，其中，第一和第二运动矢量之间的相关性被计算，然后，如果计算出的相关性大于预定的临界值，则通过使用自适应运动矢量产生逐行扫描帧。

23、如权利要求16所述的介质，其中，如果第k场是奇数场，则相位校正的第k场就是偶数场，如果第k场是偶数场，则相位校正的第k场就是奇数场。

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