CN201222771Y - 一种高速边缘自适应的去隔行插值装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速边缘自适应的去隔行插值装置，该装置包括行缓存器、运动因子计算单元、场间静止点运算单元、场内运动点运算单元及插值结果产生单元；计算去隔行插值点所需的相应像素点数据输入至行缓存器，得到插值所需的数据后，在运动因子计算单元得到当前待插值像素点的运动因子；在场间静止点运算单元得到当前待插值点处于静止状态时的插值结果；在场内运动点运算单元得到当前待插值点处于运动状态时的插值结果；所述的运动因子、静止状态插值结果和运动状态插值结果加权后得到最终的插值点。所述装置在判断运动矢量时增加了方向群的判断，增加了边缘判断的准确性，是一种实现结构简单、成本低廉、稳定的去隔行插值处理装置。

Description

一种高速边缘自适应的去隔行插值装置

技术领域

本实用新型涉及一种数字视频图像处理装置，特别的是涉及一种数字视频图像的去隔行装置。

背景技术

视频图像的显示分为隔行显示和逐行显示，早期的模拟电视采用隔行的形式，每一幅图像分为奇数场和偶数场，一场扫描显示奇数行，一场扫描显示偶数行，利用人眼的视觉暂存机制，使观众感知到完整的图像。随着数字电视的快速发展，传统的隔行扫描已经越来越不能满足用户的需要，高清晰的逐行电视正在逐渐取代隔行显示的电视，因此，在隔行、逐行扫描技术并存的过渡阶段，逐行设备显示隔行信号的去隔行装置就显得十分重要。

去隔行算法分为线性算法、非线性算法、运动自适应算法、运动补偿算法、以及运动检测和自适应加权滤波的算法，其中基于运动检测和自适应加权滤波的算法是目前比较常用的去隔行方法，在图像静止时，采用直接将相邻两场拼接为一场的插值方法；而在图像运动时，比较插值点前一行和后一行的若干像素点在方向上的相关性，沿着相关性最大的方向进行插值。该算法有比较好的效果，大大减少了单纯采用场间插值而引入的人为失真，但是它依赖于边缘判断的准确性，如果边缘判断不正确的话，运动估计误差同样会影响到图像的质量。

发明内容

本实用新型的目的就是为提高现有去隔行算法中插值的准确性，从而减少基于运动检测和自适应加权滤波的去隔行装置在去隔行时产生的误差，提高图像的质量。

为解决上述现有技术存在的缺陷，本实用新型提出了一种高速边缘自适应的去隔行插值装置，该装置包括行缓存器101、运动因子计算单元102、场间静止点运算单元103、场内运动点运算单元104及插值结果产生单元105；计算去隔行插值点所需的相应像素点数据输入至行缓存器101，得到插值所需的数据后，将所述数据分别输入至运动因子计算单元102、场间静止点运算单元103和场内运动点运算单元104，其中由运动因子计算单元102输出当前待插值像素点的运动因子，由场间静止点运算单元103输出当前待插值点处于静止状态时的插值结果，由场内运动点运算单元104输出当前待插值点处于运动状态时的插值结果，所述的运动因子、静止状态插值结果和运动状态插值结果输入到插值结果产生单元105加权得到最终的插值点。

所述场内运动点运算单元104包括依次相连的各个方向绝对差值计算单元401、方向判决器402及运动方向插值单元403。

所述各个方向绝对差值计算单元401包括N个方向的绝对差值计算单元，其中，N为所述去隔行插值装置中检测的运动方向的个数。

所述方向判决器402包括一比较器单元，其中该比较器单元的输入为所有方向的绝对差值，输出为比较后得到的最小的绝对差值。

所述每个方向的绝对差值计算单元均包括一个第一加法器，该第一加法器的输入为该方向的所有亮度、色度信息分量的绝对差值，输出为该方向的绝对差值。

所述每个方向的每个信息分量的绝对差值均由一个第二加法器输出得到，该第二加法器的输入为该分量在该方向的所有方向群绝对差值；其中第二加法器的输入端个数为该方向的方向群个数2M+1，M为自然数，且M和方向个数N满足N+2M不大于每行的有效数据个数。

本实用新型所述装置在判断运动矢量时增加了方向群的判断，精确的确定图像相关点的运动方向和运动矢量，建立了鲁棒的补偿模型，增加了边缘判断的准确性，是一种实现结构简单、成本低廉、稳定可靠的自适应运动补偿去隔行插值处理装置，实现更加准确的运动插值的同时，还兼顾了边缘的保护和随机噪声的抑制。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的系统结构框图；

图2是本实用新型具体实施方式中当前待插值点与所需相关点的位置关系图；

图3是本实用新型具体实施方式中运动因子的计算流程图；

图4是本实用新型具体实施方式中运动因子腐蚀的电路结构图；

图5是本实用新型具体实施方式中运动因子膨胀的电路结构图；

图6(a)是传统的检测运动方向的方向示意图；

图6(b)是本实用新型具体实施方式中方向群判断的示意图；

图7是本实用新型具体实施方式中场内运动点运算单元的结构图；

图8是本实用新型具体实施方式中方向判决器的结构图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型具体实施方式作详细的描述。

附图1所示为本实用新型所述去隔行装置具体实施方式的系统框图，该装置包括行缓存器101、运动因子计算单元102、场间静止点运算单元103、场内运动点运算单元104及插值结果产生单元105。计算去隔行插值点所需的相应像素点数据输入到行缓存器101，得到插值所需的数据后，将所述数据分别输入至运动因子计算单元102、场间静止点运算单元103和场内运动点运算单元104，其中在运动因子计算单元102得到当前待插值像素点的运动因子K_final、在场间静止点运算单元103得到当前待插值点处于静止状态时的插值结果Intra_value、在场内运动点运算单元104得到当前待插值点处于运动时的插值结果Inter_value；所得的运动因子K_final、静止状态插值结果Intra_value和运动状态插值结果Inter_value输入到插值结果产生单元105加权得到最终的插值点。

其中，如图2所示，计算当前待插值点所需数据为当前待插值点同一场F_n-1内的上下两行，以及当前待插值点在前后两场F_n-2和F_n的对应行，共4行数据。因此，本实用新型中所述行缓存器101需存储4行数据，其中每行的深度由输入视频数据的类型决定，本具体实施例以标准的8位亮度色度输入信号为例，则每行的有效像素为720个，每个像素点分别存储亮度和色度信息，因此每个行缓存的大小为720×16，所述4行数据需要4个行缓存。值得注意的是，本实用新型中每行的有效像素点数并不局限于本实施例所述的720个点；每一个像素点存储的信息也不局限于本实施例所述的亮度和色度两种信息，其它如若输入的是RGB数据时，则每个像素点需存储R、G、B三种信息；另外，本实用新型输入数据的位数也不局限于本实施例所述的8位，因此每一个行缓存的大小满足存储4行有效像素点的信息。

所述运动因子计算单元102主要用以判断当前待插值像素点的运动情况，计算运动因子K_final的值，所述运动因子K_final反映了相邻场中相应像素的运动情况，对原始的隔行数据而言，若当前待插值的为奇行数据，则前后场相应的行均为奇行数据，如图2所示，像素点1和像素点4为前后场中的相应点，像素点2和像素点3为同一场中前后行的相应点，因此，图像的运动情况可以由前后相应行的相应像素点1和像素点4的隔场差异值K_diff反映，通过以下公式计算：

当为CVBS格式输入时，则K_diff＝|Y1-Y4|；

当为YCbCr格式分离输入时，则：

K_diff＝max(|Y1-Y4|，|Cb1-Cb4|，|Cr1-Cr4|)；

其中，Y1、Cb1、Cr1为如图2所示的像素点1的亮度值、蓝色差值及红色差值；Y4、Cb4、Cr4为如图2中像素点4的亮度值、蓝色差值及红色差值，同样以下像素点2和像素点3的也作类似的设定。

另外，图像的运动情况也可以参考当前场，但由于当前场的相应点为待插值点，因此可以先通过简单插值得到，本实施例中采用前后两行相应点取平均值得到，则当前图像的运动情况可以取像素点1和像素点4分别与该平均插值点的差异中的较大值作为相邻场差异值K_sim，具体计算如下：

Y_cur＝(Y2+Y3)/2；

Cb_cur＝(Cb2+Cb3)/2；

Cr_cur＝(Cr2+Cr3)/2；

同样，当为CVBS格式输入时，则K1_diff＝|Y1-Y_cur|，K4_diff＝|Y4-Y_cur|；

当为YCbCr格式分离输入时，则：

K1_diff＝max(|Y1-Y_cur|，|Cb1-Cb_cur|，|Cr1-Cr_cur|)；

K4_diff＝max(|Y4-Y_cur|，|Cb4-Cb_cur|，|Cr4-Cr_cur|)；

则取K1_diff和K4_diff中的较大值作为K_sim：K_sim＝max(K1_diff，K4_diff)。

如图3所示，得到隔场差异值K_diff和相邻场差异值K_sim后，设定一个用于判断相似性的阈值K_thd，当隔场差异值K_diff大于阈值K_thd时，则说明当前图像处于明显的运动状态，运动因子直接赋值为最大值K_max。

否则，判断相邻场差异值K_sim是否小于阈值K_thd，若是，则表示当前图像处于静止状态，运动因子直接赋值为K_out＝0；若否，则表示当前图像有一定的运动，则将相邻场差异值K_sim与一个可配置的因子λ相乘得到K_out。

为了增加判断的鲁棒性，对得到的K_out进行形态学处理，本实施例先对其进行如图4所示的4级腐蚀后，再进行如图5所示的4级膨胀，从而得到稳定的运动因子K_final，显著地提高了检测精确性和稳定性。

本实施例中不局限于图4和图5所示的膨胀腐蚀结构，也不局限于四级的膨胀和四级的腐蚀，现有技术中其他电路形式其他级数的只要满足膨胀和腐蚀功能的结构均可以选择。

所述场间静止点运算单元103负责当前图像为静止状态时插值点的计算，本实用新型中直接取前后两场的相应像素点的平均值，具体的计算公式如下：

当为CVBS格式输入时，则静止状态的插值点亮度值Y_intra为：

Y_intra＝|Y1+Y4|/2；

当为YCbCr格式亮度色度分离输入时，则静止状态插值点的亮度色度分别为：

Y_intra＝|Y1+Y4|/2；

Cb_intra＝|Cb1+Cb4|/2；

Cr_intra＝|Cr1+Cr4|/2；

所述场内运动点运算单元104负责当前图像为运动时插值点的计算。若当前待插值点处于运动状态时，则应根据其运动方向寻找相应点插值，因此，如何精确检测运动方向是准确插值的关键，如图6(a)所示为传统的检测运动方向的方法，本具体实施例中，在如图6(a)所示的方法的基础上，对每个方向增加了方向群的判断，如本实施例以对应两行的7个对应点按如图6(a)所示的方式估算运动方向，并在每个方向增加两个方向群的判断，即每个方向上形成3个方向群的判断，如图6(b)所示a1、a2、a3。因此，所需的像素点在原来7点的基础上左右各增加1个点，则本实施例中估计运动方向需要9个点。

值得注意的是，所述运动方向估计并不局限于本实施例所述的7个方向，也可以为N个方向，每个方向也不局限于本实施例所述的3个方向群，也可以为2M+1个方向群，其中M、N为自然数，且满足N+2M不大于每行的有效数据个数即可。

确定了参与计算的点后，如图7所示为所述场内运动点运算单元104包括各个方向绝对差值计算单元401、方向判决器402及运动方向插值单元403，其中，各个方向绝对差值计算单元401包含如图7虚线框内的第一个方向的绝对差值SD₁计算单元、第二个方向的绝对差值SD₂计算单元、第i个方向的绝对差值SD_i计算单元，依次类推直到第N个方向的绝对差值SD_N计算单元，本实用新型中有7个方向，则N为7，即所述各个方向绝对差值计算单元401中包含7个方向的绝对差值计算单元。

具体的估计方法为对每个方向上的三个方向群各自取差异和，根据所述差异和确定更接近于要插值的像素点的运动方向。本实施例具体计算每个方向的方法如公式(1)：

SD_Yi＝|Y_t(i)-Y_t+1(8-i)|+|Y_t(i+1)-Y_t+1(9-i)|+|Y_t(i+2)-Y_t+1(10-i)|(1)

其中，1≤i≤7，将方向判断所需的每行9个点依次按1到9排序，Y_t(i)和Y_t+1(i)表示相邻两行第t行和第t+1行的对应第i个点。

所述公式(1)为亮度的公式，对输入为CVBS格式信号时，则只需考虑亮度，若输入为YCbCr格式亮度色度分离信号时，蓝色差信号Cb和红色差信号的差异计算方法与亮度相同，如公式(2)和公式(3)：

SD_Cbi＝|Cb_t(i)-Cb_t+1(8-i)|+|Cb_t(i+1)-Cb_t+1(9-i)|+|Cb_t(i+2)-Cb_t+1(10-i)|(2)

SD_Cri＝|Cr_t(i)-Cr_t+1(8-i)|+|Cr_t(i+1)-Cr_t+1(9-i)|+|Cr_t(i+2)-Cr_t+1(10-i)|(3)

将第i个点的亮度色度差异值累加在一起作为第i个方向的差异值，如公式(4)：

SD_i＝SD_Yi+SD_Cbi+SD_Cri    (4)

所述得到的7个方向送入方向判决器402，图8所示为方向判决器402的结构原理图，从而选择所有方向SD值中的最小值，所述最小值表示该方向的差异值最小，因此可以认为该方向即为运动方向，利用该方向上的像素点加权得到待插值点，所述加权运算的权值只需满足两点的权值之和为1即可，为计算方便，本实施例中，取权值均为1/2，即取所得方向上两点的平均值得到当图像处于运动状态时的插值点，对输入为CVBS格式信号时，则只需得到亮度值设为Y_inter；当输入为YCbCr格式分离信号时，则分别得到亮度值Y_inter、Cb_inter、Cr_inter，从而完成场内运动点运算单元104所述的功能。

本实施例中，方向判决器402包括6个比较器，将输入的7个方向的绝对差值比较得到一个最小值。但本实用新型方向判决器402中比较器的个数并不局限于本实施例所述的6个比较器，当所述方向个数发生变化时，即方向判决器402的输入个数发生变化时，比较器的个数也会相应变化，只需满足能比较得到输入方向的绝对差值中的最小值。

在插值结果产生单元105中，将运动因子计算单元102得到的运动因子K_final，场间静止点运算单元103得到的静止图像插值点Y_intra、Cb_intra、Cr_intra，场内运动点运算单元104得到的运动图像插值点Y_inter、Cb_inter、Cr_inter分别按公式(5)、(6)、(7)加权得到最终的插值结果Y_final、Cb_final、Cr_final：

Y_final＝Y_inter×K_final+Y_intra×(K_max-K_final)(5)

Cb_final＝Cb_inter×K_final+Cb_intra×(K_max-K_final)(6)

Cr_final＝Cr_inter×K_final+Cr_intra×(K_max-K_final)(7)

其中，本实用新型中K_max与输入数据的位数有关，本实施例中，输入数据为8位，则K_max为255；相应若输入数据为9位时，则K_max等于511，依次类推，对N位输入，则K_max等于2^N-1。

若为CVBS格式输入时，则上述过程中只需对Y作处理即可。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1、一种高速边缘自适应的去隔行插值装置，其特征在于，该装置包括行缓存器(101)、运动因子计算单元(102)、场间静止点运算单元(103)、场内运动点运算单元(104)及插值结果产生单元(105)；计算去隔行插值点所需的相应像素点数据输入至行缓存器(101)，得到插值所需的数据后，将所述数据分别输入至运动因子计算单元(102)、场间静止点运算单元(103)和场内运动点运算单元(104)，其中由运动因子计算单元(102)输出当前待插值像素点的运动因子，由场间静止点运算单元(103)输出当前待插值点处于静止状态时的插值结果，由场内运动点运算单元(104)输出当前待插值点处于运动状态时的插值结果，所述的运动因子、静止状态插值结果和运动状态插值结果输入到插值结果产生单元(105)加权得到最终的插值点。

2、如权利要求1所述的一种高速边缘自适应的去隔行插值装置，其特征在于，所述场内运动点运算单元(104)包括依次相连的各个方向绝对差值计算单元(401)、方向判决器(402)及运动方向插值单元(403)。

3、如权利要求2所述的一种高速边缘自适应的去隔行插值装置，其特征在于，所述各个方向绝对差值计算单元(401)包括N个方向的绝对差值计算单元，其中，N为所述去隔行插值装置中检测的运动方向的个数。

4、如权利要求2所述的一种高速边缘自适应的去隔行插值装置，其特征在于，所述方向判决器(402)包括一比较器单元，其中该比较器单元的输入为所有方向的绝对差值，输出为比较后得到的最小的绝对差值。

5、如权利要求3所述的一种高速边缘自适应的去隔行插值装置，其特征在于，所述每个方向的绝对差值计算单元均包括一个第一加法器，该第一加法器的输入为该方向的所有亮度、色度信息分量的绝对差值，输出为该方向的绝对差值。

6、如权利要求5所述的一种高速边缘自适应的去隔行插值装置，其特征在于，所述每个方向的每个信息分量的绝对差值均由一个第二加法器输出得到，该第二加法器的输入为该分量在该方向的所有方向群绝对差值；其中第二加法器的输入端个数为该方向的方向群个数2M+1，M为自然数，且M和方向个数N满足N+2M不大于每行的有效数据个数。

Images