TWI381744B - 能夠從複合視訊信號中分離亮度與色度資訊的解碼器及其方法 - Google Patents

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Description

能夠從複合視訊信號中分離亮度與色度資訊的解碼器及其方 法
本發明係有關於視訊信號處理，特別是有關於用來從複合(composite)視訊信號分離亮度與色度資訊的解碼器與方法。
視訊係一種最初用於電視系統而發展起來的技術，用於處理一序列的靜止影像，並將其以動態方式呈現。視訊已經更進一步地發展為不同格式，以允許不同媒體，例如互聯網或者磁碟儲存與分配。
複合(composite)視訊信號包含亮度(luminance)分量與色度(chrominance)分量。其中，亮度係光強度之密度的光度量測值，而色度則用於表示圖像的色彩資訊。例如，電視視訊信號的亮度分量擕帶基本灰階資訊(primary gray-level information)，適用於黑白電視，而色度分量則擕帶電視視訊信號的色彩資訊。亮度分量與色度分量混合，產生用於電視螢幕的紅綠藍(RGB)信號。
更明確地說，電視視訊信號的例子包括美國國家電視標準委員會(National Television System Committee；NTSC)標準的彩色電視信號，其包含亮度分量與3.58MHz子載波。其中，亮度分量的頻率範圍係從直流電流(direct current)至4.2MHz名義上的頻寬(nominal bandwidth)，而一個3.58MHz的子載波在相位與振幅(Amplitude)進行調變，用來表示影像的色調(hue)與飽和度。一般來說，透過解調這個子載波，可以產生色差信號。將色差信號與亮度分量結合，則可用以還原紅、藍與綠的顏色資訊。熟悉 此項技藝者應熟知，業界將簡單的濾波器用於電視接收器，用來分離亮度與色度。特別地，一般將複合視訊信號輸入低通濾波器，以擷取亮度資訊，並且將複合視訊信號輸入帶通濾波器，以擷取色度資訊。
然而，由於亮度互串(cross luminance)與色度互串(cross chrominance)，即串色(cross color)問題，在從複合視訊信號中分離色度與亮度後，通常會出現串色缺陷，例如彩虹斑與抖線。總而言之，因為視訊螢幕品質對觀賞者很重要，所以需要一種可以分離亮度與色度但不產生串色缺陷的方法。
為解決上述從複合視訊信號中分離亮度與色度時產生串色缺陷的問題，本發明提供一種能夠從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的解碼器及其方法，能夠從複合視訊信號分離亮度與色度而不產生串色缺陷。
根據本發明一實施例，提供一種能夠從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的解碼器，包含延遲模組、濾波模組、權重因子產生器與分離器。延遲模組用來延遲複合視訊信號的水平線，以輸出包含目標像素的像素。濾波模組耦接於延遲模組，用來在水平方向與垂直方向對複合視訊信號進行濾波，以產生頻率分量。權重因子產生器耦接於濾波模組，用來根據水平方向，產生目標像素的第一權重因子，以及根據垂直方向，產生目標像素的第二權重因子。分離器耦接於濾波模組，用來根據頻率分量，第一權重因子與第二權重因子，從目標像素中分離第一分離資 訊，其中第一權重因子與第二權重因子用於計算第一分離資訊。
根據本發明另一實施例，提供一種用於從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的方法，包含：延遲複合視訊信號的水平線，以收集包含目標像素的像素；在水平方向與垂直方向對複合視訊信號進行濾波，以產生頻率分量；根據水平方向，產生目標像素的第一權重因子；根據垂直方向，產生目標像素的第二權重因子；以及根據頻率分量，第一權重因子與第二權重因子，產生目標像素的第一分離資訊，其中第一權重因子與該第二權重因子用於計算第一分離資訊 。
上述能夠從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的解碼器及其方法，根據權重因子與頻率分量從目標像素分離亮度與色度資訊，達到了避免串色缺陷的效果。
視訊信號包含有複數個圖像，並且一個圖像包含有複數個像素。分離視訊信號的亮度與色度資訊係透過從各像素中分離亮度與色度資訊而得到。一般來說，濾波器透過首先取得目標像素及其週圍像素，來處理取樣複合視訊信號的目標像素。第1圖為濾波器遮罩(mask)的示意圖。如第1圖所示，藉由線延遲單元與像素延遲單元，取得濾波器遮罩1中的目標像素P7及其周圍像素P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13與P14。因為從濾波器取得用以分離目標像素之亮度與色度的像素數量能夠根據濾波器配置而改變，所以像素數量並非必須為第1圖所示的15個。
第2圖為根據本發明一實施例的解碼器2之示意圖。解碼器2包含延遲模組21、濾波模組23、權重因子產生器25與分離器27。解碼器2接收複合視訊信號20。延遲模組21包含複數個線延遲單元與複數個像素延遲單元(第2圖未顯示)，並且用於輸出複數條水平線，而這些水平線含有目標像素與複數個相鄰像素。第3圖為延遲模組21的範例示意圖。延遲模組21包含線延遲單元300與301以及像素延遲單元302、303、304、305、306、307、308、309、310、311、312與313。本實施例中，三條均含有複數個像素的水平線被擷取來用於計算。第一條水平線的像素係通過兩個線延遲單元300與301，並且分別通過像素延遲單元302、303、304與305擷取。第二條水平線的像素係通過線延遲單元300，並且分別通過像素延遲單元306、307、308與309擷取。第三條水平線的像素係分別於像素延遲單元310之前，以及於像素延遲單元310、311、312與313之後擷取。
在硬體中，圖像的像素被一個接一個地輸入延遲模組21。為了暫存15個取樣像素，用於執行對應於目標像素(例如像素321)的亮度與色度分離，延遲模組21使用兩個線延遲單元300與301以及十二個像素延遲單元302~313，提供如第3圖所示的15個像素314、315、316、317、318、319、320、321、322、323、324、325、326、327與328給處理單元(如第2圖所示的濾波模組23)。請注意，線延遲與像素延遲的數量可視處理單元的處理能力而定，而這邊的例子並不是用以限制本發明。
濾波模組23耦接於延遲模組21，用來在水平方向與垂直方向對 複合視訊信號進行濾波，以產生複數個頻率分量。第4A、4B、4C與4D圖為對複合視訊信號進行濾波處理的範例示意圖。第4A圖為濾波前複合視訊信號的二維頻域4的示意圖。其中，垂直與水平軸分別代表垂直與水平頻率。
第4B圖為在水平方向進行濾波的複合視訊信號頻域的示意圖。如第4B圖所示，濾波模組23首先在水平方向對複合視訊信號20進行濾波，以產生低水平頻率分量40與高水平頻率分量41。
第4C圖為在垂直方向進行濾波的低水平頻率分量頻域的示意圖。如第4C圖所示，濾波模組23在垂直方向對低水平頻率分量40進行濾波，以產生具有高垂直頻率的第一頻率分量400與具有低垂直頻率的第二頻率分量401。
第4D圖為在垂直方向進行濾波的高水平頻率分量頻域的示意圖。最后，如第4D圖所示，濾波模組23在垂直方向對高水平頻率分量41進行濾波，以產生具有高垂直頻率的第三頻率分量410與具有低垂直頻率的第四頻率分量411。
更明確地說，濾波模組23在水平方向對複合視訊信號20進行濾波，以產生對應目標像素321(P321 )的低水平頻率分量40。下列等式為執行針對複合視訊信號之水平濾波的範例：A1 =(P314 +P315 ＊ 0+P316 ＊ 2+P317 ＊ 0+P318 )/4 A2 =(P319 +P320 ＊ 0+P321 ＊ 2+P322 ＊ 0+P323 )/4 A3 =(P324 +P325 ＊ 0+P326 ＊ 2+P327 ＊ 0+P328 )/4
其中，P314 ~P328 分別表示含有像素314~328之亮度資訊與色度資訊的複合資訊，並且A1 、A2 與A3 分別表示低水平頻率分量40 的上線(upper line)、中線(medium line)與下線(lower line)。
濾波模組23亦可根據低水平頻率分量40，產生對應於目標像素321的高水平頻率分量41：B1 =P316 -A1 B2 =P321 -A2 B3 =P326 -A3
其中，B1 、B2 與B3 分別表示高水平頻率分量41的上線、中線與下線。
第一頻率分量400與第二頻率分量401係藉由對低水平頻率分量40進行垂直濾波而產生，並且後續等式為對低水平頻率分量40進行垂直濾波的範例：D=(A1 +A2 ＊ 2+A3 )/4 C=A2 -D
其中，D與C分別代表第二頻率分量401與第一頻率分量400。
相似的，高水平頻率分量41進一步分為第三頻率分量410與第四頻率分量411。
F=(B1 +B2 ＊ 2+B3 )/4 E=B2 -F
其中，F與E分別代表第四頻率分量411與第三頻率分量410。總的來說，第二頻率分量401被濾波，以在垂直與水平方向包含低頻率分量，第三頻率分量410被濾波，以在垂直與水平方向包含高頻率分量，第一頻率分量400包含高垂直頻率與低水平頻率分量，以及第四頻率分量411包含高水平頻率與低垂直頻率分量。 為分離亮度資訊，本實施例中，保留第二頻率分量401以及加權的第一頻率分量400與第四頻率分量411，並且移除第三頻率分量410。
本實施例中的權重因子產生器25用於根據水平方向，產生目標像素321的第一權重因子。第5圖為權重因子產生器25的示意圖。權重因子產生器25包含減法器250、計算模組251與存儲模組252。存儲模組252用於儲存包含複數個預定權重因子的查找表(圖未顯示)。減法器250用於執行兩個像素之間的相減操作，這兩個像素(例如，像素319與323)與目標像素321排列在同一水平線中。計算模組251用於產生相減結果的第一絕對值。第一權重因子係根據第一絕對值，從儲存於存儲模組252中的查找表中被擷取出來。
此外，權重因子產生器25更能夠用於根據垂直方向產生目標像素321的第二權重因子。減法器250更用於從目標像素321的下像素(lower pixer)(例如像素326)減掉目標像素321的上像素(upper pixel)(例如像素316)。計算模組251更用於產生兩個像素相減結果的第二絕對值。第二權重因子係根據第二絕對值，從儲存於存儲模組252中的另一查找表中被擷取出來。另一些實施例中，權重因子產生器25由兩組包含減法器、計算模組與查找表的權重因子產生器實現，其中一組權重因子產生器產生對應於第一頻率分量400的第一權重因子，而另一組權重因子產生器則產生對應於第四頻率分量411的第二權重因子。
分離器27用於根據頻率分量、第一權重因子與第二權重因子， 從目標像素321分離亮度資訊。更明確地說，分離器27根據下列等式擷取亮度資訊。
L=D+Kc＊ C+Kf＊ F+0＊ E
其中，L為亮度資訊，Kc為第一權重因子，並且Kf為第二權重因子。
分離器27用於根據目標像素321的亮度資訊與目標像素321，從目標像素321分離色度資訊。實際上，目標像素321的色度資訊係藉由從目標像素321的複合資訊減去目標像素321的亮度資訊分離，其可由下列等式表示。
C=P321 -L
其中C為色度資訊。
第6圖為本發明之一範例方法的流程圖，用以從複合視訊信號分離亮度與色度資訊。更明確地說，第6圖所示的方法可由解碼器2的不同模組實作。執行步驟60，以延遲複合視訊信號中的複數條水平線，來得到複數個像素。執行步驟61，以在水平與垂直方向對複合視訊信號進行濾波，來產生複數個頻率分量。
執行步驟62，以從第二像素的複合資訊減去第一像素的複合資訊，其中第一與第二像素係與目標像素排列於同一水平線中。執行步驟63，以產生步驟62之相減結果的第一絕對值。執行步驟64，以根據第一絕對值，從查找表擷取第一權重因子。執行步驟65，以從下像素的複合資訊減去上像素的複合資訊，上像素與下像素係與目標像素排列於同一垂直線中。執行步驟66，以產生步驟65之相減結果的第二絕對值。執行步驟67，以根據第二絕對 值，從查找表擷取第二權重因子。明確地說，第一與第二權重因子介于0到1之間。並且，更明確地說，一般較大的第一絕對值產生較小的第一權重因子，並且一般較大的第二絕對值產生較小的第二權重因子。
產生第一與第二權重因子之後，執行步驟68，以根據頻率分量、第一權重因子與第二權重因子，分離目標像素的亮度資訊。最后，執行步驟69，以藉由從目標像素的複合資訊減去目標像素的亮度資訊，來分離目標像素的色度資訊。
第7圖為第6圖中步驟61所述之產生複數個頻率分量的詳細流程圖。執行步驟610，以對複合視訊信號進行濾波，來產生低水平頻率分量。相似的，執行步驟611，以對複合視訊信號進行濾波，來產生高水平頻率分量。執行步驟612，以對低水平頻率分量進行濾波，來產生具有高垂直頻率的第一頻率分量。相似的，執行步驟613，以對低水平頻率分量進行濾波，來產生具有低垂直頻率的第二頻率分量。接著，執行步驟614，以對高水平頻率分量進行濾波，來產生具有高垂直頻率的第三頻率分量。最后，執行步驟615，以對高水平頻率分量進行濾波，來產生具有低垂直頻率的第四頻率分量。由於對複合視訊信號進行濾波，以產生上述四個頻率分量的實施例已於上述內容中揭示，故出於簡潔的目的，詳細的敍述在此省略。
根據上述敍述，亮度與色度資訊係通過將頻率分量與一些權重因子相加，從複合視訊信號的目標像素中分離。權重因子主要用於決定頻率分量的重要性，並且用於防止串色缺陷(cross luminance artifact)(例如彩虹斑與抖線)。
雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧濾波器遮罩
2‧‧‧解碼器
20‧‧‧複合視訊信號
21‧‧‧延遲模組
23‧‧‧濾波模組
25‧‧‧權重因子產生器
250‧‧‧減法器
251‧‧‧計算模組
252‧‧‧存儲模組
27‧‧‧分離器
300‧‧‧線延遲單元
301‧‧‧線延遲單元
302、303、...、313‧‧‧像素延遲單元
314、315、...、328‧‧‧像素
4‧‧‧濾波前複合視訊信號的二維頻域
400‧‧‧第一頻率分量
401‧‧‧第二頻率分量
41‧‧‧高水平頻率分量
410‧‧‧第三頻率分量
411‧‧‧第四頻率分量
第1圖為濾波器遮罩的示意圖；第2圖為根據本發明一實施例之解碼器的示意圖；第3圖為延遲模組的範例示意圖；第4A圖為濾波前複合視訊信號的二維頻域的示意圖；第4B圖為在水平方向進行濾波的複合視訊信號頻域的示意圖；第4C圖為在垂直方向進行濾波的低水平頻率分量頻域的示意圖；第4D圖為在垂直方向進行濾波的高水平頻率分量頻域的示意圖；第5圖為權重因子產生器的示意圖；第6圖為本發明之一範例方法的流程圖；以及第7圖為本發明之產生複數個頻率分量的範例方法流程圖。
20‧‧‧複合視訊信號
21‧‧‧延遲模組
23‧‧‧濾波模組
25‧‧‧權重因子產生器
27‧‧‧分離器

Claims (16)

  1. 一種能夠從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的解碼器，包含：一延遲模組，用來延遲該複合視訊信號的複數條水平線，以輸出包含該目標像素的複數個像素；一濾波模組，耦接於該延遲模組，用來在一水平方向與一垂直方向對該複合視訊信號進行濾波，以產生複數個頻率分量；一權重因子產生器，耦接於該濾波模組，用來根據該水平方向，產生該目標像素的一第一權重因子，以及根據該垂直方向，產生該目標像素的一第二權重因子；以及一分離器，耦接於該濾波模組，用來根據該些頻率分量，該第一權重因子與該第二權重因子，從該目標像素分離一第一分離資訊，其中該第一權重因子與該第二權重因子用於計算該第一分離資訊。
  2. 如請求項1所述之能夠從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的解碼器，其中該延遲模組更包含一線延遲與複數個像素延遲，分別用來延遲一水平線與複數個像素。
  3. 如請求項1所述之能夠從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的解碼器，其中該濾波模組用來在該水平方向對該複合視訊信號進行濾波，以產生一低水平頻率分量與一高水平頻率分量，對該低水平頻率分量進行濾波，以產生具有高垂直頻率的一第一頻率分量與具有低垂直頻率的一第二 頻率分量，以及對該高水平頻率分量進行濾波，以產生具有高垂直頻率的一第三頻率分量與具有低垂直頻率的一第四頻率分量。
  4. 如請求項1所述之能夠從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的解碼器，其中該分離器根據該目標像素的該第一分離資訊與該目標像素的複合資訊，從該目標像素分離一第二分離資訊。
  5. 如請求項4所述之能夠從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的解碼器，其中該第一分離資訊為該亮度資訊，以及該第二分離資訊為該色度資訊。
  6. 如請求項4所述之能夠從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的解碼器，其中該目標像素的該第二分離資訊係藉由從該目標像素的該複合資訊減去該目標像素的該第一分離資訊分離。
  7. 如請求項1所述之能夠從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的解碼器，其中該權重因子產生器更包含：一減法器，用來從一第二像素減去一第一像素，其中該第一以及該第二像素與該目標像素排列於同一水平線中；一計算模組，用來產生與該目標像素排列於同一水平線中的該第一以及該第二像素之相減結果的一第一絕對值；以及一存儲模組，用來儲存一查找表；其中該第一權重因子係根據該第一絕對值與該查找表擷 取。
  8. 如請求項1所述之能夠從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的解碼器，其中該權重因子產生器更包含：一減法器，用來執行該目標像素的一上像素與一下像素的相減操作；一計算模組，用來產生該上像素與該下像素之相減結果的一第二絕對值；以及一存儲模組，用來儲存一查找表；其中該第二權重因子係根據該第二絕對值與該查找表擷取。
  9. 一種用於從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的方法，包含：延遲該複合視訊信號的複數條水平線，以收集包含該目標像素的複數個像素；在一水平方向與一垂直方向對該複合視訊信號進行濾波，以產生複數個頻率分量；根據該水平方向，產生該目標像素的一第一權重因子；根據該垂直方向，產生該目標像素的一第二權重因子；以及根據該些頻率分量，該第一權重因子與該第二權重因子，產生該目標像素的一第一分離資訊，其中該第一權重因子與該第二權重因子用於計算該第一分離資訊 。
  10. 如請求項9所述之用於從複合視訊信號的目標像素中分離亮 度與色度資訊的方法，其中所述延遲該複合視訊信號的複數條水平線之步驟更包含：利用複數個線延遲來延遲該些水平線，以及利用複數個像素延遲來延遲該些水平線對應的該些像素。
  11. 如請求項9所述之用於從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的方法，其中所述對該複合視訊信號進行濾波的步驟更包含：對該複合視訊信號進行濾波，以產生一低水平頻率分量與一高水平頻率分量；對該低水平頻率分量進行濾波，以產生具有高垂直頻率的一第一頻率分量與具有低垂直頻率的一第二頻率分量；以及對該高水平頻率分量進行濾波，以產生具有高垂直頻率的一第三頻率分量與具有低垂直頻率的一第四頻率分量。
  12. 如請求項9所述之用於從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的方法，更包含：根據該目標像素的該第一分離資訊與該目標像素的複合資訊，從該目標像素分離一第二分離資訊。
  13. 如請求項12所述之用於從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的方法，其中該第一分離資訊為該亮度資訊，以及該第二分離資訊為該色度資訊。
  14. 如請求項12所述之用於從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的方法，其中所述從該目標像素分離一第二分 離資訊的步驟更包含：從該目標像素的該複合資訊減去該目標像素的該第一分離資訊，以擷取該目標像素的該第二分離資訊。
  15. 如請求項9所述之用於從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的方法，其中所述產生該目標像素的一第一權重因子的步驟更包含：從一第二像素減去一第一像素，其中該第一以及該第二像素係與該目標像素排列於同一水平線中；產生該相減結果的一第一絕對值；以及根據該第一絕對值，搜索一查找表，以擷取該第一權重因子。
  16. 如請求項9所述之用於從複合視訊信號的目標像素中分離亮度與色度資訊的方法，其中所述產生該目標像素的一第二權重因子的步驟更包含：執行該目標像素的一上像素與一下像素的相減操作；產生該相減結果的一第二絕對值；以及根據該第二絕對值，搜索一查找表，以擷取該第二權重因子。
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