TWI260932B - Apparatus and method for increasing the pixel resolution of image using coherent sampling - Google Patents

Description

1260932 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明與-個顯示系統有關，並且更特別是有關於利用一種 利用同調取樣(coherent sampling)技術增加圖像像素解析度之 及其方法。 、 【先前技術】 顯示系統係將諸如DVD播放器或電腦等視訊源裝置之輸入圖 象，處理成為輸出圖像後顯示在監視器或電視之相對應螢幕上。 ，常，輸人圖像係由電腦主機或者-個視頻訊號源傳送出來，其 像素解析度業已由該等訊號源所預先決定，因此，顯示系統需要 =用縮放iKscaler)重新調整輸人圖像的像素解析度成為適=的 輪出像素解析度，使得顯示幕能正確地顯示輸出圖像。由電 ，供的輸人®像信號通常制VESA格式，VESA係—種電腦圖形 格式。 現今視頻和圖像赫設備通常包含具有固定·解析度 不面板，LCD監視器和LCD電視即為此中之一例。這些顯示面^ 通常僅接受數位化的來源圖像驅動方式，然而，大多數的視頻訊 號源仍然是以類比格式傳送圖像或圖像順序，故需要類比數位^ 換器（ADC)對類比視頻信號輸入進行取樣暨數位化處理。習知顯示 控制器之ADC取樣區間（interval)係與視頻信號源之原始解析^ 1關，換句話說，經過ADC處理輸出之像素解析度反映出視頻^ ，源之原始解減。通常，胤輸出之數位化像素解析度比顯示; 板的像素解析度低。假若直接雜位化_顯示於顯示面板時， 圖像無法填滿整個顯示區域，即如圖6中所示。通常為配人顯示 面板解析度，會利用數位化的縮放方法來增加圖像解析、度， 係顯示習知放大(upscaling)技術的功能方塊圖。 【發明内容】 1260932 目剞所使用的數位化方式與數位放大方法通常會有若干的問 題二首先，視頻源類比信號所具有的時序雜訊（timing jitter)通 常是像素週期中相當顯著的一部分。可藉由鎖相回路(PLL)技術追 蹤水平掃描線同步時序信號(HSYNC)即可將某些時序雜訊移除，即 如圖7中所示。但是，如圖7所示，縱然使用設計精良的？让了1〇， =1戶2再生的取樣時序(CLKADC)與輸入圖像信號1〇2之間，仍保留 著顯著的抖動雜訊，即如圖7所示，使adc取樣類比輸入信號時 $生非常大的誤差，並明顯地會導致圖像品質劣化的問題。然而， 若要改善圖像品質劣化的問題，則ADC可以高於尼奎斯特率 (Nyquist rate)或最大信號轉換率（maximum signal transiti〇n rate)之頻率對輸入信號進行取樣，如果符合此等條件中之一者， ^取樣後之輸入信號可經由分析，獲致輸入信號與取樣時序間目 前之時序誤差。因此，透過本發明的更進一步的改良，使用一相 位檢測器擷取出實際與理想上取樣點間之時序誤差，即便如圖如 ，授，PLL降低進-步的時序誤差，亦或如圖％般利用數位内插 技術修正取樣誤差。以此等技術中之任一者，均可以將時序誤差 之效應予以明顯地降低。另外，導因於紐線或品質麵線、或 j不匹配的頻率響應劣化關題，也可以藉由數㈣插法作信 5虎修正，即此法之另一項優點。 咖樣率田的入另一項優點源於信號處理與尼奎斯特定理相 nn 根據奎斯特定理，若以尼奎斯特率取樣 的巧:猎由相當精準紐器（filter)必然可以精確地重建類比 ίί信H若以高於尼奎娜率断轉的話，财顯示面板 ΐί 後進行錢錢的鱗度，必射關而提升。 另^以足夠〶的鮮進行雜，贿於水平方向進行數位放大 的舄求即可以弭除，獲致節省功率與成本的好處。 法。明，供二種調整輸人圖像像素解析度的裝置及方 : 綱始圖像像素率(㈣之頻率 對於代表輸入圖像之類比信舰行過取樣(〇versampii⑹處』羊 1260932 之平解析度之像素雜(pixeld時過取樣所得 理ίΐίΐΐ ί於緩充記憶體中，織再進行數位縮小的處 存在緩衝記題内，以節省緩衝記憶_空間絲。像貝科储 【實施方式】 請參照圖9，即根據本發明用以增加圖像像素解析度之一裝置 意圖。如® 9所示，裝置900包括一類比/數位^ ⑽、、一内插引擎（interP〇lati〇n engine) 155、緩衝記 f _ 以及一垂直縮放器（vertical scaler) 170。裝置900 處理輸入來源圖像信號102成為輸出目的圖像信號'03,以 =、、不於監視器或電視之螢幕上。此輸入來圖像信號1〇2係 電腦主機或視頻信號源傳送出來，係屬類比格式。當ADC 140 2!^輸_像信朗採㈣像數率相同或更高的水平像素解析 入信號進行取樣的話，便無需於晝面的水平方向進行數位 =广upscaling)操作。據此，輸入圖像信號1〇2經過過取樣，在 位141輸出端產生之像素解析度，即為來源像素解析度之整數 ^，以簡化時序誤差擷取與内插處理之信號處理需求。另外，整 =過取樣尚能降低視頻(visual aliasing artifacts)，此即若 古如個人電腦圖形系統等高頻寬視頻來源採用非整數倍過取樣 ^er oversampling)時，通常此等視麵會在信號回建 時ί用像素率取樣-保持形式(Pixel mte sample-hold style)， :s $相s的§皆波能量（harm〇nics energy)。而整數倍過取樣也 ^^^同調取樣㈣⑽叶犯即加…内插引擎脱可用來 誤差校正、頻率響應校正、以及將數位像素資料予以縮 之用’以配合輸出面板輸出資料之像素解析度。經過内 缺人二條或多條像素資料線會儲存至缓衝器記憶體16〇内， 衝器記憶體160的輸出會及於垂直縮放器170,由垂直縮放 ^ 將影像尺寸予以垂直放大或縮小，以配合輸出面板輸出影 1260932 像的垂直線解析度。自垂直縮放器17〇處理輸出後之影像資料， 會進一步經過色彩強化(color enhancement)等信號處理步驟，再 格式化配合面板資料格式後，傳送至顯示面板。

,請參照第一圖，所示為根據本發明另一較佳實施例之用以增加 影像像素解析度裝置1〇〇之方塊示意圖。如第一圖所示，裝置1〇〇 包括：一數位接收器110、數位/類比轉換器（DAC) 12〇、一"選擇哭 130、一類比/數位轉換器（ADC) 14〇、一水平縮小器 down-scaler) 15〇、一緩衝器記憶體16〇、以及一垂直放大器 (vertical up-scaler) 170。裝置100係用來處理來自於電腦^ 機或視頻源之數位來源圖像信號101或類比圖像信號1〇2;並產生 輸出目的圖像信號103供顯示於監視器或電視之螢幕上。 如第一圖所示，數位來源圖像信號1〇1輸入至數位接收器 110 ’然後傳送至DAC 120轉為相對應的類比信號12卜較佳' V0 111 ίΓ)112 ’分別用以處理DVI信號或數位 數位資料信號113或114，再由DAC120轉

，雜佳實施例中，眺12G之轉鮮與數位來^像^二 之接收來源像素率相同。相職之酿圖像 ^ ;，之:輸入端，而類比來源圖像信號102==: 另輸入端。據此，選擇器130可用以選擇相對靡 、二 號121或類比來源圖像信號1〇2，成為一經選擇^員匕，$ 13卜_選擇類比圖像信號131會送至ADC 14。=比 =ADC 140係可使用較來源圖像信號1〇1或^“ 率向之取樣鮮’對於類比圖像錢131 像素 藉此ADC 14G會產生過取樣像素· 141，理。 中每條線之主動像素(aetivepixel)數，合I樣像素謂141 或102中每條線之主動像素數。較佳而言^ 就101 主動像素數絲糊縣齡雜錄之整条 8 1260932 部分，ADC 140之取樣轉換率係良士、 之整數倍，而使用整數倍之同圖像信號101或102像素率 (aliasing artifacts)。周取樣’可以避免取樣圖像之失真 素資料141會經過縮放器15"口 1減理，為 配合目^圖像特，之像素解析度，分別進行水平縮小與垂直放大 或縮小的處理’第四圖係顯示各輸出波形，以供參考。 例如，來源圖像的像素解析度為XGA，具有1〇24χ768個像素， 而目標圖像所需之像素解析度是SXGA，具有128〇χ1〇24個像素。 然而，此例並非用以限定本發明之範圍，XGA與SXGA之若千夂鲂 提供如下： >数 輸入圖像： 輸入更新率/圖框率：60Hz 每圖框輸入主動線數：768 每線輸入主動像素數·· 1024 每圖框輸入總線數：806 每線輸入總像素數：1344 輸入像素率：65MHz 輸出圖像： 輸出更新率/圖框率：6〇Hz 每圖框輸出主動線數：1024 每線輸出主動像素數：1280 每圖框輸出總線數：1072 每線輸出總像素數·· 2098 輪出像素率·· 135MHz 1260932

之頻為類比信號’脱140會使用兩倍於輸入像素率 ^ ADC 140 5 "J

過取樣更新率/圖框率·· 60Hz 每圖框過取樣主動線數：768 每線過取樣主動像素數：2048 母圖框過取樣總線數：806 母過取樣總像素數：2688 過取樣像素率：130MHz 1 過 =樣像素冑料141會先及於水平縮小1115G，將水平方向之 ,ίΓϋ動像素數縮小為每條1280主動像素數。、經過水平縮 二3貝!!的主動像素f料會儲存於緩衝器記憶體1⑼，再提供 L17G做喃處理增加絲絲，將®髓直放大， ®框主動線數大於每輸人_絲線數。本例中，圖 ίΐί!向由每圖框768主動線數放大至每圖框腿主動線 山垂直放大後之輸出可再經過其他影像或 ⑽寺脈率將®像資料輸岐顯轉置。 ^ ,、、、後以輪 =出時脈_與每_像素_整方法，係在緩補記憶體⑽ 與輸入圖框率相同之平均頻率產生輸出圖框。 辛資料141可提供至相位偵測器遍，用以將圖像像 斛：ϋ處擷取相位誤差資訊予ADC時脈產生器（如第八b圖 以Ξ強回路I90) ’係相對於輸入的來源圖像信號101或1〇2， 對;位追縱效能。如是之相位誤差迴授方式， 訊之輸人圖樣特別有效。—相位誤差迴 扠方法係扣於a b圖’其中像素資料141係及於—相位_ 1260932 取田樣像素。資1141内顧取出相位誤差資訊ι，再由 吏用相位誤差貧訊與縮放比例資訊189,產生索引卢 引擎155。此累加器⑽包括第一加法器生I引2 ήΪ = 1873，並具有—輸人端接收縮放比例資訊189。第 ^出，而其輸出端連接至内插引擎155。因此，索 相對於輸人像素位置，可據以計算或“方式 隨著二’:入 時脈σ成器210係用以產生過取樣時脈211，1 ⑽―ΐη1〇4的頻率仏整數倍之一頻率F流。當數 和DAC 120直接由輸人時脈1〇4所控制 時^ : ίΖ：1Τ7：\η 150 ° 30係用以產生一輸出時脈231予垂直縮放器17〇。 鲁 川請第一時脈合成器310係用以產生過取樣時脈 ^1卜，、具有輸入時脈Clk_in 1〇4的頻率F—in整數倍之一 adc。-除頻器320係用以產生-時脈321，係對過取樣時脈3ΐι 的頻率F_adc除以相同的整數乘數，故時脈321亦且有率f 當數位接收器110與DAC 120由時脈321所控制時$樣時 脈311施加至ADC 140與水平縮小器15〇。如第三 脈合成器330係用已以產生輸出時脈331予垂直縮放器I”。 第五圖係顯不本發明之方法流程圖。在步驟5〇 ， 輸入圖像是類比或數位。若輸入圖像是數位形式 ^ ^ 520，將數位來源圖像信號1〇1經由DAC 12〇轉換相二同 像㈣121後，進行步驟530。若輸入圖像是類比形式了則直接& 11 1260932 行步驟530。 在步驟530巾，相對應類__ 102經由ADC 140以過取樣率錶u 121或類比輸入圖像信號 “在步驟540中，過取樣像素資料^像素貧料141。 藉以在水平方向將過取樣像夸次、 提供予水平縮小器150， 在步驟550 +，將縮秘德本次 詞解航 内，此緩衝器記憶體⑽4存ϋ,儲存於緩衝器記憶體⑽ 資料係於緩衝器記憶體⑽前；==素j料線。由於像素 憶容量。然而，根據本發明二:=，=低所 樣像素資料先儲存於緩衝器記憶體在内另「再實將過取 縮放 像素資料提供予垂直 料線數減/仃垂直方向的縮小處理，即使輸出的像素資 170在中，代表輸出圖像之輸出圖像資料由垂直縮放琴 17〇,以輸_脈率提供予顯示裝置。 駄喊益 之頻戈表原始圖像之類比信號經過較原始圖像像素率高 處Ξ羊ί樣’然後在水平方向進行數位化縮小(downscaling) 二古Ξ對於類比信號之取樣鮮為輸人像素率之整數倍，則可 同需圖像解減直接取樣輸人健所產生部分缺點。 考將入信號係以數位形式接收，則必須以數位/類比轉換 ^，：、^ 4號轉換為類比信號，再以較接收圖像像素率高之取樣 類比/數位轉換器對類比信號進行取樣。接著，對過取樣像 ，、貝料進行數位縮小化處理後，將縮小後像素資料儲存於緩衝器 12 1260932 f體内，再根據所需，對儲存 ^垂直方向之放大或縮小處理。最德憶體内之像素資料進 傳送予顯示裝示之用。最後，將垂直處理後之像素資料 【圖式簡單說明】 意圖第一_顯雜據本㈣增加_像素解析歧置之方塊示 路一^=祿據本㈣增加圖像像素解析度裝置内時脈電 電 路另第一罐本發料加崎像鱗減裝置内時脈 第四圖係顯示圖1相關輸出之各個波形圖； 第五圖係顯示根據本發明方法之流程圖·， 第六圖係顯示原始輸入圖像與顯示面板的示意圖； 第七圖係顯示習知裝置之示意圖； ;以及 第八圖係顯示根據本發明相位侧器之示意圖 方 第九圖係顯示根據本發明增加圖像像素解析度裝置 塊示意圖。 【元件符號說明】 101〜數位來源圖像信號；102〜類比來源圖像信號；1〇3〜輪出 的圖像，110〜數位接收器；111〜DVI ; H2〜數位視訊埠；115〜選摆 器；120〜DAC ; 130〜選擇器；14〇〜ADC ; 150〜水平縮小器；16〇〜緩 衝器記憶體；170〜垂直縮放器；ι80〜相位偵測器；19〇〜pLL ; 21〇、 310〜第一時脈合成器；230、330〜第二時脈合成器；320〜除頻器。

Claims (1)

1260932 十、申請專利範圍： -接收器，用以接收呈有第t趙置包括. 一類比/數位轉換5!類比信號形式之該輸入圖像； 脈產生水平像素資4，复轉換該第一類比信號，根據一取樣時 之像素率； 、 一中该取樣時脈之時脈率高於該輸入圖像 後像ΐ資料；x對姐平像素資料進行縮小處理，以產生縮小 一緩衝器記憶體，用 -垂直縮放器，用以對5m:;以及 或縮小的處理，並根據素資料就垂直方向進行放大 出像素資料。 輸出像素時脈產生代表該輸出圖像之輸 及 接收具有數位信號形式之該輸入圖像；以 號 一數位/類比轉換 ，其中該第二類比^^以將該數位信號轉換為-第二類比信 換為該水平像素資^琥、、巫，類比/數位轉換器根據該取樣時脈轉 之像素率。 、’°其中該取樣時脈之時脈率高於該輸入圖像 符合DVI規袼第2項所述之裝置，其中該數位接收器是一 數位視頻埠。專利範圍第2項所述之裝置，其中該數位接收器是一 丄如生圍第j項所述之裝置，尚包括-時脈合成器， 素率之整數倍。、、其中該取樣時脈之時脈率為該輸入圖像像 產生該輸出像素時^f。第1項所述之裝置，尚包括另一時脈，用以 14 (s 1260932 產生器，以調整該取樣時脈之相位。 25·如申凊專利範圍第μ項所述之裝置，其中該内插器尚包括 一，!^用以產生—索弓丨信號提供内插該像素資料的參數。 自相二申I清專利範圍第25項所述之裝置，其中該累加哭利用來 i相位偏❻的相位誤差信號與-縮放比例信號產生該。索= 係符合輪人圖像信號 此vesa規格是—種電腦圖形格式。

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