CN1917575B

CN1917575B - 数字显示器图像显示格式转换方法

Info

Publication number: CN1917575B
Application number: CN2006101271453A
Authority: CN
Inventors: 陶显芳
Original assignee: Konka Group Co Ltd
Current assignee: Konka Group Co Ltd
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2026-09-07
Also published as: CN1917575A

Abstract

数字显示器图像显示格式转换方法，属于数字电视领域，该方法按以下步骤操作，首先把原来的图像信号全部都先变成列数字图像信号和行数字图像信号；然后再把列数字图像信号和行数字图像信号进行一次D/A转换又变成列模拟图像信号和行模拟图像信号；而后再对转换后的列模拟图像信号和行模拟图像信号，按数字显示器的图像显示格式进行重新取样和A/D转换，变成新的列数字图像信号和行数字图像信号；经存储和列、行变换处理，再对行数字图像信号进行一次编码并输出，可得到完全与数字显示器图像显示格式相符的数字图像信号。该图像显示格式转化方法，可以实现任何图像显示格式之间无失真的顺利转换，也不会产生新的量化噪声。

Description

数字显示器图像显示格式转换方法

技术领域

本发明属于数字电视领域，特别涉及一种数字显示器图像格式转换力法，尤其是一种平板数字显示器图像显示格式转换的方法，利用这种数字显示器图像格式转换方法，可以实现任意图像显示格式的信号对另一种图像显示格式的信号之间的转换。

背景技术

一般的平板显示器，如：LCD、PDP、SED、OLED等，都是数字显示器；还有投影显示器，如：DLP、LCOS等，也是数字显示器。数字显示器屏幕大，图像显示清晰度高，因此在数字电视中已经开始得到广泛应用。

由于图像信号或电视节目来源渠道多，各种图像显示格式一般都无法完全兼容，因此，必须要对图像信号进行格式转换，然后才能通过数字显示器进行图像显示。目前，对图像显示格式进行转换的方法，基本上都是先对模拟图像信号进行A/D转换，把模拟图像信号转换成数字图像信号，然后对数字图像信号进行存储，再利用数字处理技术，对行图像信号进行加点和减点，和对帧图像信号进行加行或减行处理。这种加点和减点以及加行或减行图像处理技术，其工作原理与图像放大或缩小的原理基本一样，方法非常简单。但这种加点和减点以及加行或减行图像处理方法有一个很大的缺点，就是，当输入图像信号水平取样以及垂直取样的点数目，与数字显示器水平以及垂直显示像素点的数目不成2倍或整数倍比例关系时，进行图像显示格式转换后的图像显示会产生失真，或图像显示会产生量化噪音。

例如：CCIR 601数字视频编码标准规定，对PAL制电视图像显示的采样频率为13.5MHz，分辨率为768×756，即：水平为768个点，垂直为756个点，如果选用800×600(水平显示像素点为800个，垂直显示像素点为600个)的数字显示器来进行图像显示，由于两种图像信号的显示格式不完全相同，必须要对图像信号进行显示格式转换。最简单的转换方法就是多者去除，少者不管。这样PAL制电视图像在800×600数字显示器上进行显示时，就会变成768×600个显示像素点，即：数字显示器800个水平显示像素点中两边各有16个像素点没有用上，而600个垂直显示像素点全部都被用上，但还缺156个采样点的图像信号无法显示。显然这样进行图像格式转换后，图像显示会产生失真。图像显示产生失真时，不是图像垂直的上、下部分画面被切除，就是图像左、右两边画面被切除。

由此可知，数字显示器的显示格式(像素点的点阵分布格式)最好能够和输入图像信号的采样点格式完全相同，或者成2倍比例关系，显示图像才不会产生失真或不产生量化噪音。因此，用于显示PAL制电视图像的数字显示器，其图像显示格式最好为：768×756，或1536×1512，前一种为点对点，后者可以在两个点之间多插一个点，被插入这个点的图像信号带有原来两个点的图像信号相关信息。

如果数字显示器的显示格式与输入图像信号的采样点格式不成2倍比例关系，比如：数字显示器的显示格式与输入图像信号的采样点的格式水平和垂直均为1.5倍比例关系，那么进行图像格式转换时就要每隔两个点(或两行)插入一个点(或一行)图像信号，为了让人的眼睛感觉不出插入点的痕迹，往往要把插入点进行打散，使每次插入的点都不要在一个固定位置上。显然，这种图像格式转换会使图像显示效果变差，新插入的点虽然也带有原来图像的信息，但也会带入新的量化噪音，使显示图像会变得模糊；如果数字显示器的显示格式与输入图像信号的采样点格式为3倍比例关系，那么进行图像格式转换时就要每隔一个点(或一行)插入两个点(或两行)图像信号，虽然显示图像不会产生失真，但会产生新的量化噪音，因为插入点信号的数量已经大于原来点信号的数量；如果数字显示器的显示格式与输入图像信号采样点的格式为任意比例关系，那么，图像显示不但会产生失真，而且还会产生新的量化噪音。

到目前为止，尚未有过关于这方面的报道，就是使数字显示器能够在输入图像信号为任意格式的情况下，均能对图像信号不失真进行显示，而且也不会产生新的量化噪音。据了解，也没有这方面的成果展出。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，针对数字显示器图像信号为任意格式(非2倍关系)时，图像显示会失真而且产生新的量化噪声，影响放视质量，为了克服这一缺陷，就要重新研究一种图像显示格式转换方法。本发明的目的在于提供一种数字显示器图像显示格式转换方法，利用这种数字显示器图像格式转换方法，可以实现任何图像显示格式对另一种图像显示格式之间无失真的转换。

如果模拟图像信号在转化成数字图像信号的时候，垂直与水平取样的点阵格式正好与数字显示器的图像显示格式完全对应，这种图像信号就可以不需要进行格式转换。

本发明的上述目的，是采取以下的技术方案来实现的，一种数字显示器图像显示格式转换方法，其特征在于，按照以下步骤进行操作，a.首先把原来的图像信号，不管是模拟图像信号，还是数字信号，全部都先变成列数字图像信号和行数字图像信号，b.然后再把列数字图像信号和行数字图像信号进行一次D/A转换又变成列模拟图像信号和行模拟图像信号，c.而后再对转换后的列模拟图像信号和行模拟图像信号，按数字显示器的图像显示格式进行重新取样和A/D转换，变成新的列数字图像信号和行数字图像信号，d.经存储和列、行变换处理后，再对行数字图像信号进行一次编码，e.以一定的码率输出，就可以得到一种完全与数字显示器图像显示格式相符的数字图像信号。

在格式转换时，每一行数字图像信号的第一个数据看成是第一列数字图像信号的数据；把每一行的第二个数据看成是第二列数字图像信号的数据。所述列数字图像信号，相当于把帧数字图象信号存储器中的数据先顺时针旋转90度，然后再进行水平变换；使所述列数字图象信号也能与行数字图像信号一样进行编码输出，以及进行D/A数模转换。

为提高行数字图象信号编码电路的工作效率及输出码率，采用多个行数字图像信号编码电路并联、分工同时工作，每个行数字图像信号编码电路输出的码率相对来说得以降低。

本发明的有益效果是，该图像显示格式转化方法，可以实现任何图像显示格式之间无失真的顺利转换，也不会产生新的量化噪声。

附图说明

图1为显示任何图像显示格式之间转换的工作原理图；

图2为行数字图像信号与列数字图像信号变换处理电路工作原理图；

图3为列数字图像信号编码输出电路以及经D/A数模转换后平滑滤波的工作原理图；

图4为具有点处理功能的列图像信号编码电路；

图5为列模拟图像信号被重新取样，即A/D变换的工作原理图；

图6为列数字图像信号与行数字图像信号变换处理电路的工作原理图；

图7为行数字图像信号编码输出电路以及经D/A数字模拟转换后进行平滑滤波的工作原理图；

图8为具有加点功能的行图像信号编码电路；

图9为经平滑滤波后输出的行模拟图像信号；

图10为数字显示器图像显示格式转换方法操作步骤流程图。

具体实施方式

参照图1，图1是实现任何图像显示格式对另一种图像显示格式之间转换的工作原理图，图1中，101为A/D模数转换器，其作用是把模拟图像信号转换成数字图像信号，以便于存储与进行数字技术处理。一般电视图像信号都是一行、一行地进行传送的，因此，101模数转换器也是一行、一行地对模拟图像信号进行A/D处理，然后把模拟图像信号转换成数字图像信号，再通过103模拟开关的A输入端，传送到帧图像信号存储器104进行存储。如果输入信号是数字图像信号，则数字图像信号不需要再经A/D模数转换，可通过103模拟开关的另一个输入端B，直接被送到帧图像信号存储器104进行存储。帧图像信号存储器104中，A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7...，和B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7...表示其中两行数字取样信号；A1、B1、C1、D1、E1、F1、G1...，和A2、B2、C2、D2、E2、F2、G2...表示其中两列数字取样信号。

图1中的105是行数字图像信号与列数字图像信号变换处理电路，即：把列数字图像信号也按行数字图像信号一样进行排序。在已有技术中列图像信号是不存在的，在图像信号传输过程中，或者在一般的图像处理过程中，都没有“列图像信号”这个概念，“列图像信号”不但是本发明的主要概念，也是本发明进行数字技术处理的主要内容。行数字图像信号存入帧图像信号存储器的时候，一般都是按先后顺序，一行、一行地进行存储的，因此，我们可以把每一行数字图像信号的第一个数据看成是第一列数字图像信号的数据；以此类推，我们可以把每一行的第二个数据看成是第二列数字图像信号的数据，从而产生了列图相信号这个概念，等等。

经这样重新排序后，列数字图像信号就可以像行数字图像信号一样可以进行D/A数字模拟转换，以及重新进行取样和A/D数模转换，和数据存储及数字技术处理。行数字图像信号与列数字图像信号变换处理电路105中存储的数据，就是经过重新排序后的列数字图像信号数据。

参照图2，是行数字图像信号与列数字图像信号变换处理电路105的工作原理图，以及列数字图像信号编码输出电路106的工作原理图。从该图2可以看出，行数字图像信号与列数字图像信号互相进行变换，就相当于把帧数字图像信号存储器104中的数据先顺时针旋转90度，然后再进行水平镜像变换。经变换以后，原来图像取样点的数据一点没有改变，只是改变了它的排列位置，因此，行数字图像信号与列数字图像信号变换处理电路105同时还具有存储器的功能。对列数字图像信号这样进行处理的目的是为了使所述列数字图像信号也能与行数字图像信号一样进行编码输出，以及进行D/A数模转换。

上述图1或图2中的106是列数字图像信号编码输出电路，其工作原理主要是把行数字图像信号与列数字图像信号变换处理电路105中存储器存储的列数字图像信号数据进行排序输出，然后把列编图像码输出信号送给D/A数字模拟转换电路107，把列数字图像信号转换成列模拟图像信号。

参照图3，是列数字图像信号编码输出电路106，以及列数字图像信号经D/A数字模拟转换电路107进行数/模转换后，被平滑滤波电路108进行平滑滤波的工作原理图。

经过列数字图像信号编码输出电路106编码输出的列数字图像信号，再经D/A数字模拟转换电路107转换输出的是离散脉冲模拟信号，脉冲模拟信号的幅度与进行A/D转换时取样点的模拟信号幅度基本保持一致，或成线性关系，因此，还需要对脉冲模拟信号进行平滑滤波后才能成为真正的列模拟信号。我们可以想象，电视机除了有行扫描方式以外，还有另一种列扫描方式，这种列扫描方式虽然不存在，但其工作原理与行扫描的工作原理基本是一样的，因此，经过平滑滤波以后的列图像信号，其幅度变化与行图像信号的性质基本一样，相当于电视图像也是由一条、一条的列扫描亮线组成，每条列扫描线的亮度都是随着列图像信号幅度的变化而变化。

根据CCIR 601数字视频编码标准规定，对PAL制电视图像显示的采样频率为13.5MHz，分辨率为768×756，即：水平取样为768个点，垂直取样为756个点，亮度信号与两个色差信号之间的采样格式为：4:2:2，码率为27Mbit/S。PAL制电视机的帧扫描周期为40毫秒，图像显示不管是采取行扫描，还是列扫描，都应该在40毫秒时间内把768×756个图像信号采样点的信息处理完毕，因此，列图像信号编码电路的输出码率最小也应该为27Mbit/S。

为了降低列图像信号经平滑滤波电路滤波后的量化噪音，平滑滤波电路的充、放电时间常数最好不要完全一样，即：充电时的时间常数τ_i应该很短，而放电时的时间常数τ_o应该很长，这样，经过平滑滤波后的列图像信号的量化噪音才相对地小。为了进一步降低列图像信号的量化噪音，还可以用插值法，在对列图像信号进行编码的过程中，额外加入一些取样点的数值，这些取样点的数值与原来两个点之间的数值相关。例如：在一个点值为11与另一个点值为15的两个点之间插入一个新的点，这个新点的值应该为13；如果此两个点之间插入3个新的点，这3个新点的值应该分别为12、13、14，其余以此类推。显然，经过这样处理后，经D/A转换以及平滑滤波后的列图像信号的量化噪音会非常小。

另外，为了提高列数字图像信号编码电路的工作效率，以及提高列数字图像信号编码电路的输出码率，可以采用多个列数字图像信号编码电路并联、分工同时工作，这样每个列数字图像信号编码电路输出的码率相对来说可以降低很多。码率降低，就可以让编码电路有足够的时间来进行加点处理。

参照图4，图中的106就是具有加点处理功能的列图像信号编码电路，图4中带“+”符号的点表示为另外被插入的点，但它并不是只代表一个，而是代表任意多个。

在各种图像格式转换技术中，垂直分辨率的格式转换是最复杂和最麻烦的，经过图3或图4工作原理图把列图像信号分离出来后，如果再要对其进行各种分辨率格式转换就容易多了。对垂直或水平分辨率进行各种格式转换，最简单的方法就是对原模拟图像信号重新进行取样。图3或图4的主要目的就是把需要重新进行取样的列图像信号，通过数字技术处理把它分离出来，而在列图像信号分离出来的同时，行图像信号也同样被重新进行一次处理与分离。

参照图5，是列模拟图像信号被重新进行取样(即A/D变换)的工作原理图。图5中108是经平滑滤波电路滤波输出的列模拟图像信号，对于模拟图像信号来说，它的分辨率相当于无限的高，因此，只需再次对它进行取样，就可以得到另一分辨率的数字图像信号。例如：列模拟图像信号108是从PAL制垂直分辨率为576的数字图像信号中分离出来的，如果要把它变换成垂直分辨率为1080的数字图像信号，即高清晰度数字电视图像信号，则只需对列模拟图像信号108按1080个取样点进行重新取样即可。图5中109是表示具有取样功能的A/D模拟/数字转换电路的工作原理，经109取样以及A/D模拟/数字转换后的列数字图像信号被存储于数字图像信号存储器110之中，因此，图像信号存储器110也可以称为列数字图像信号存储器，或列数字图像信号存储电路。

到此，垂直图像显示格式的转换就基本结束了，下面再来讨论水平图像显示格式转换的工作原理。实际上水平图像显示格式转换的工作原理与垂直图像显示格式转换的工作原理是基本相同的。图1中，104、105、106、107、108、109、110等是垂直图像显示格式转换电路的主要组成部分；而，111、112、113、114、115、116、117等是水平图像显示格式转换电路的主要组成部分，两部分的工作原理是基本相同的。

参照图6，是列数字图像信号与行数字图像信号变换处理电路111的工作原理图，以及行数字图像信号编码输出电路112的工作原理图。图1或图6中的111既是列数字图像信号与行数字图像信号变换处理电路，也是行数字图像信号存储器，112是行数字图像信号编码输出电路，其工作原理主要是把列数字图像信号与行数字图像信号变换处理电路111中存储器存储的行数字图像信号数据进行排序输出，然后把行图像编码输出信号送给D/A数字模拟转换电路114，把行数字图像信号转换成行模拟图像信号。从图6可以看出，列数字图像信号与行数字图像信号互相进行变换，就相当于把列数字图像信号存储器110中的数据先顺时针旋转90度，然后再进行水平镜像变换。经变换以后原来取样点的数据(列重新取样的数据)一点没有改变，只是改变了排列位置，因此，列数字图像信号与行数字图像信号变换处理电路111同时还具有存储器的功能。这样处理的目的，是为了对行数字图像信号重新进行一次编码输出，经D/A数模转换和平滑滤波后，再一次进行格式变换取样，然后再次进行编码。

参照图7，是行数字图像信号编码输出电路112，以及行数字图像信号经D/A数字模拟转换电路113进行数/模转换后，再被平滑滤波电路114进行平滑滤波的工作原理图。

经过行数字图像信号编码输出电路112编码输出的行数字图像信号，再经D/A数字模拟转换电路113转换输出的是离散脉冲模拟信号，脉冲模拟信号的幅度与进行A/D转换时取样点的模拟信号幅度基本保持一致，或成线性关系，因此，还需要对脉冲模拟信号进行平滑滤波后才能成为真正的行模拟信号。

为了降低行图像信号经平滑滤波电路滤波后的量化噪音，平滑滤波电路的充、放电时间常数最好不要完全一样，即：充电时的时间常数τ_i应该很短，而放电时的时间常数τ_o应该很长，这样，经过平滑滤波后的行图像信号的量化噪音才相对地小。为了进一步降低行图像信号的量化噪音，还可以用插值法，在对行图像信号进行编码的过程中，额外加入一些取样点的数值，这些取样点的数值与原来两个点之间的数值相关。例如：在一个点值为11与另一个点值为15的两个点之间插入一个新的点，这个新点的值应该为13；如果此两个点之间插入3个新的点，这3个新点的值应该分别为12、13、14，其余以此类推。经过这样处理后，经D/A转换以及平滑滤波后的行图像信号的量化噪音会非常小。

另外，为了提高行数字图像信号编码电路的工作效率，以及提高行数字图像信号编码电路的输出码率，可以用多个行数字图像信号编码电路并联、分工同时工作，这样每个行数字图像信号编码电路输出的码率相对来说可以降低很多。码率降低，就可以让编码电路有足够的时间来进行加点处理。

参照图8，图8中的112就是具有加点处理功能的行图像信号编码电路，图8中带“+”符号的点表示为另外被插入的点，但它并不是只代表一个，而是代表任意多个。

由图8可以看出，如果对图8输出的行模拟图像信号，再进行各种分辨率格式转换就容易多了。与垂直分辨率格式进行转换一样，对水平分辨率进行各种格式转换的最简单方法，就是对行模拟图像信号重新进行取样。图1或图9中的115、116、117等部分电路就是针对行模拟图像信号重新进行取样，实现水平分辨率各种格式转换的工作原理图。

参照图9，图9中114是经平滑滤波电路滤波输出的行模拟图像信号，对于模拟图像信号来说，它的分辨率相当于无限的高，因此，只需再次对它进行取样，就可以得到另一分辨率的数字图像信号。例如：行模拟图像信号114是从PAL制水平分辨率为768的数字图像信号中分离出来的，如果要把它变换成水平分辨率为1920的数字图像信号，即：高清晰度数字电视图像信号，则只需对行模拟图像信号114按1920个取样点进行重新取样即可。图9中115是具有取样功能的A/D模拟/数字转换电路的工作原理，经115取样以及A/D模拟/数字转换后的行数字图像信号被存储于数字图像信号存储器116之中，因此，图像信号存储器116也可以称为行数字图像信号存储器，或行数字图像信号存储电路。

图1或图9中的117是行数字图像信号编码输出电路，其工作原理主要是把行数字图像信号存储电路116中存储的行数字图像信号数据进行排序、编码，并按一定的码率输出，此输出信号就是完全符合数字显示屏图像显示格式的数字图像输入信号。

数字图像信号输入数字显示屏之后，还要经数字显示屏中的数字电路进一步处理，然后把每个取样点对应的图像信号分配到对应的每个像素点显示驱动电路上，再经D/A数/模转换即可变成亮度或色度信号，最后驱动像素点发光，使数字显示屏实现图像显示。

参照图10，表示数字显示器图像显示格式转换方法操作步骤流程图，按照此步骤，实现了数字显示器图像显示格式转换。

Claims

1.一种数字显示器图像显示格式转换方法，其特征在于，按照以下步骤进行操作，a.首先把原来的图像信号全部都先变成列数字图像信号和行数字图像信号，b.然后再把列数字图像信号和行数字图像信号进行一次D/A转换又变成列模拟图像信号和行模拟图像信号，c.而后再对转换后的列模拟图像信号和行模拟图像信号，按数字显示器的图像显示格式进行重新取样和A/D 转换，变成新的列数字图像信号和行数字图像信号，d.经存储和列、行变换处理后，再对行数字图像信号进行一次编码，e.以一定的码率输出，就可以得到一种完全与数字显示器图像显示格式相符的数字图像信号。

2.根据权利要求1所述的数字显示器图像显示格式转换方法，其特征在于，每一行数字图像信号的第一个数据看成是第一列数字图像信号的数据；把每一行的第二个数据看成是第二列数字图像信号的数据。

3.根据权利要求1所述的数字显示器图像显示格式转换方法，其特征在于，在所述操作步骤a和步骤b之间，将列数字图像信号和行数字图像信号编码输出，所述列数字图像信号，相当于把帧数字图象信号存储器中的数据先顺时针旋转90度，然后再进行水平变换；使所述列数字图象信号也能与行数字图像信号一样进行编码输出，以及进行D/A数模转换。

4.根据权利要求1所述的数字显示器图像显示格式转换方法，其特征在于，在所述操作步骤a和步骤b之间，将行数字图像信号编码输出，采用多个行数字图像信号编码电路并联、分工同时工作，每个行数字图像信号编码电路输出的码率相对来说得以降低。