TWI385599B - 偵測移動影像的電路與方法 - Google Patents

Description

偵測移動影像的電路與方法

本發明是有關於一種動態影像顯示技術，且特別是有關於一種偵測移動影像的技術。

對於影像的顯示，如果影像內有物體是移動狀態，則每一個影像圖框的影像內容會變化。然而，在一些顯示情形，其顯示的內容影像是靜態影像。由於靜態顯示與動態顯示的顯示方式不同，因此一般會偵測影像移動程度，給出一個移動值(Motion Value)，做為顯示系統中後續流程的參考。移動值會在一個範圍內，對應移動的程度來計算。一般而言，移動值愈大表示影像內容的變化愈大。

傳統的偵測移動影像的方法，是將兩個相鄰的影像圖框的資料相減而得到一個移動值。圖1繪示傳統偵測移動的電路示意圖。參閱圖1，傳統偵測移動的電路是利用一個圖框緩衝器(Video Frame Buffer)100，以及一個移動偵測單元(Motion Detection Unit)102。影像圖框Fn的資料連續輸入到圖框緩衝器100。圖框緩衝器100可以儲存連續兩個影像圖框F_n 與F_n-1 的資料。另外，當前的影像圖框Fn也輸入到移動偵測單元102。移動偵測單元102將兩個的影像圖框資料F_n 與F_n-1 相減即可得到一個移動值由路徑104輸出。

根據圖1的機制在路徑104所得到的移動值會與影像圖框資料的變化程度相關，因此也表示影響顯示是動態的。圖2繪示根據圖1的電路的效果示意圖。參閱圖2，以連續的三個影像圖框F_n ~F_n＋2 為例。在影像圖框F_n ~F_n＋2 120、122、124中屬於相同區域120’，122’，124’的影像資料會做比較。區域120’，122’，124，可以是以畫素為單位或是一個區域的平均影像資料。當影像移動愈大，則在相同區域120’，122’，124’的影像變化就愈大。

然而，藉由圖1的方式會容易有誤判的情況，其例如是當有僅與局部影像移動時，會產生不當的移動值，導致後續影像顯示處理，根據不當的移動值採用不當的處理方式。

本發明提出一種偵測移動影像的技術，可以更正確的判斷移動的物體所在。

本發明提供一種偵測移動影像的電路，包括第一階移動影像偵測單元與第二階移動影像偵測單元。第一階移動影像偵測單元，分析一當前影像圖框與一先前影像圖框，計算得到對應每一個該當前影像圖框的一第一移動值。第二階移動影像偵測單元，接收該第一移動值，以及對當前的該第一移動值與一調整移動值做比較，取最大值輸出與儲存為一第二移動值，其中該調整移動值是將相鄰前一個該第二移動值做調整後的值。

本發明也提供一種偵測移動影像的方法，設置在一影像顯示系統中，以顯示動態影像。此方法包括分析該影像顯示系統接收的一當前影像圖框與一先前影像圖框，計算得到對應每一個該當前影像圖框的一第一移動值。又，當前的該第一移動值與一調整移動值做比較，取其最大值輸出且儲存為一第二移動值，其中該調整移動值是將相鄰前一個的第二移動值做調整的值。

本發明也提供一種影像顯示系統，包括一偵測移動影像單元，以偵測連續輸入的一顯示影像圖框是處在動態顯示，經計算得到一移動參考值，以供後續動態顯示處理的參考。其中偵測移動影像單元是如前述的結構。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明考慮傳統的動態影像顯示方式，針對移動影像的偵測準確度做調查。傳統如圖1的移動影像偵測方式會有移動值的誤差。其現象如下。

一般態影像顯示方式例如採用去交錯(deinterlace)機制，梳型濾波器(3D comb-filter)機制，或是雜訊消除(3D noise reduction)機制來顯示動態影像。動態影像例如是視訊(video)影像。先以去交錯機制為例。圖3繪示去交錯的動態影像顯示方式。參閱圖3，一個完整的影像圖框包括多條影像掃描線。去交錯的機制是將一個完整的影像圖框分成奇數影像圖框與偶數影像圖框交錯儲存，依時續輸出以顯示圖像。以圖框F1為例，包括多個奇數條掃描線130、136等，如實線所示，但是如虛線所示偶數條掃描線的影像資料沒有儲存。接著圖框F2僅儲存偶數條掃描線132，134等的影像資料。圖框F3又是僅儲存奇數條掃描線，圖框F4僅儲存偶數條掃描線。也就是說奇數影像圖框與偶數影像圖框是交錯輸出以顯示。然而，由於一個完整影像必須包括奇數影像圖框與偶數影像圖框，因此虛線的掃描線的影像資料需要前後藉由實線的掃描線的影像資料做內插到，即是去交錯的機制，其細部運算為一般習此技藝者所了解。例如，圖框F2的掃描線134的影像資料是由圖框F1與F3的掃描線136與138內插所得。類似地，對於圖框F3的偶數掃描線140的影像資料是由圖框F2與F4的掃描線142與144的影像資料內插所得。

由於奇數的圖框F1與F3才有對應的影像資料來比較，在計算移動值時，其時間點的相差是二個圖框的時間。如果有影像快速移動的話，則容易產生誤差。圖4繪示一種可能產生移動值計算誤差的情形示意圖。參閱圖4，以一個動態影像由兩個構件150與152為例。例如，構件150是靜態不動，但是構件152是搖擺移動，且如果移動頻率接近圖框的顯示頻率，則圖框F1與圖框F2的影像會有明顯差異，但是圖框F1與圖框F3的影像不會有明顯差異。但是基於去交錯的機制，其移動值是由圖框F1與圖框F3來計算，因此得出構件152近乎不動的偵測結果。但是，構件152在圖框F2與圖框F4已經移動成構件152’。這因此造成移動值的計算誤差。

對於另外一種如梳型濾波器的顯示機制，其也會有類的問題。圖5繪示梳型濾波器的動態影像顯示方式。參閱圖5，一般的色彩構成是由RGB的次畫素來組成一畫素。然而，RGB的座標資訊也可以轉換成YCbCr的色彩座標。梳型濾波器是採用YCbCr的色彩座標，且CbCr可以混合或是分離。CbCr可以混合成C資料。一般的關係是C=Cr*sin(ωt)＋Cb*cos(ωt)。以Y/C分離的方式為例，於圖框f_n 所儲存的影像資料200，例如是Y-C，Y＋C交錯儲存。相鄰下一個圖框f_n+1 所儲存的影像資料202相對於圖框f_n 是Y＋C，Y-C交錯儲存。圖框f_n 與框f_n＋2 所儲存的資料是同形式，因此移動值是由圖框f_n 與框f_n＋2 來計算。這也會產生移動值的誤差。

另外，利用雜訊消除的機制來顯示影像的方式，其圖框資料也是與圖5類似，但是取得Y質與C值的方式不同，其也是一般習此技藝者可了解，不予詳述。

例如以一個卡通蜜蜂振動翅膀為例。蜜蜂的身體近乎維持不動，但是翅膀快速振動。如果依照圖1計算的傳統移動值，則導致翅膀的振動無法正確顯示。顯示翅膀振動的影像時，經常在翅膀振動的區域種的影像會產生格狀條紋的顯示影像，無法較真實顯示翅膀快速振動的現象。

本發明對傳統的顯示方式做研究後，發現至少存在有上述的顯示缺點，判斷是因為移動值計算有誤差所造成的結果，因此提出能更準確偵測動態影像的移動值，提升顯示品質。以下舉一些實施例來說明本發明，但是本發明不僅限於所舉的實施例。

圖6繪示依據本發明一實施例，偵測移動影像的電路示意圖。參閱圖6，偵測移動影像的電路例如是設置在影像顯示系統中接收連續輸入的影像圖框Fn的資料。偵測移動影像的電路，包括第一階移動影像偵測單元與第二階移動影像偵測單元。第一階移動影像偵測單元，由圖框緩衝器(Frame Buffer)100與移動偵測單元102分析一當前影像圖框Fn與該先前的影像圖框Fn-1，計算得到對應該當前影像圖框的一第一移動值。於此可了解的是第一階移動影像偵測單元例如藉傳統的方式計算，且影像圖框Fn-1代表先前相同儲存形式的圖框，例如都是偶數圖框或是奇數圖框，然而其可以依實際採用的計算方式來決定。計算的方式例如是簡單的相減絕對值，或是其他方式計算的值，以表示像移動的狀態。移動值的範圍一般例如是在兩個端值內。一個端值代物體處於靜態的狀況，物體處於極度動態的狀況，而中間值代表物體移動程度的中間態。移動值由移動偵測單元102的路徑104輸出。

第二階移動影像偵測單元，例如包括一移動圖框緩衝器300以及移動計算單元304。移動計算單元304連續接收路徑104上的移動值。另外移動圖框緩衝器300也儲存當前移動值Mn以做為下一次計算移動值Mn的相鄰前一個移動值Mn-1。就電路來說，移動圖框緩衝器300是移動計算單元304的一回饋路徑，儲存當前輸出的調整移動值Mn，以及回饋此移動值Mn給該移動值計算單元304，坐下一次調整計算。也就是說，移動值計算單元304對回饋的移動值Mn，依照一演算規則，得到一調整移動值Mn。移動圖框緩衝器300例如僅是做儲存與回授的動作，然而配合後續描述的機制，移動圖框緩衝器300以及移動計算單元304的實施例，依其作用也可以整合成第二階移動影像偵測單元，無須以移動圖框緩衝器300以及移動計算單元304的方式來實現。

接著描述移動計算單元304的調整機制。圖7繪示依據本發明一實施例，移動計算單元304的電路示意圖。參閱圖7，移動計算單元304包括一補償控制單元400，接收由路徑302回饋的移動值M_n-1 。補償控制單元400做一計算例如是：

M_n ’=M_n-1 *a-b，

其中，a是0~1的縮減倍數值，其更例如是在約0.65與約0.95之間，例如是由統計經驗來設定，另外b是補償值。由補償控制單元400調整計算出的調整移動值M_n ’，由路徑310輸出到一限制器402，以確定調整移動值M_n ’是在一預定的範圍內。如果超過則設定在端值。經過限制器402的限制後藉由路徑312將調整移動值M_n ’輸出。接著，取大值單元404比較由路徑104輸入的第一階移動值以及由路徑312輸入的調整移動值M_n ’的大小，取其最大值做為當前影像圖框的移動值M_n 。此移動值M_n 也被回饋儲存在移動圖框緩衝器300中，以供下一次計算使用。如此的方式循環進行。

從方法的角度來看，本發明也提供偵測移動影像的方法，設置在一影像顯示系統中，以顯示動態影像。此方法包括分析該影像顯示系統接收的一當前影像圖框與一先前影像圖框，計算得到對應每一個該當前影像圖框的一第一移動值。又，當前的該第一移動值與一調整移動值做比較，取其最大值輸出且儲存為一第二移動值，其中該調整移動值是將相鄰前一個的第二移動值做調整的值。

由於本實施例的移動值是經過圖7的機制調整過，可以較準確偵測運動影像。就先前所提到的例如局部快速振動的蜜蜂翅膀能夠顯示出較完整的翅膀形狀以及振動的動畫現象，翅膀的顯示不會產生格紋狀的瑕疵。

本發明的移動值調整，使得相鄰前一個圖框仍可以提供動態變化的程度，以使有較準確的估計，進而減少動態影像的偵測誤差。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故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。

100‧‧‧圖框緩衝器

102‧‧‧移動偵測單元

104‧‧‧路徑

120、122、124‧‧‧影像圖框

120’、122’、124’‧‧‧區域

130~144‧‧‧掃描線

150、152、152’‧‧‧構件

200、202、204‧‧‧影像資料

300‧‧‧移動圖框緩衝器

302‧‧‧路徑

304‧‧‧移動計算單元

306、310、312‧‧‧路徑

400‧‧‧補償控制單元

402‧‧‧限制器

404‧‧‧取大值單元

圖1繪示傳統偵測移動的電路示意圖。

圖2繪示根據圖1的電路的效果示意圖。

圖3繪示去交錯的動態影像顯示方式。

圖4繪示一種可能產生移動值計算誤差的情形示意圖。

圖5繪示梳型濾波器的動態影像顯示方式。

圖6繪示依據本發明一實施例，偵測移動影像的電路示意圖。

圖7繪示依據本發明一實施例，移動計算單元304的電路示意圖。

100．．．圖框緩衝器

102．．．移動偵測單元

104．．．路徑

300．．．移動圖框緩衝器

302．．．路徑

304．．．移動計算單元

306．．．路徑

Claims (13)

1. 一種偵測移動影像的電路，包括：一第一階移動影像偵測單元，分析一當前影像圖框與一先前影像圖框，計算得到對應該當前影像圖框的一第一移動值；以及一第二階移動影像偵測單元，接收該第一移動值，以及對當前的該第一移動值與一調整移動值做比較，取最大值輸出與儲存為一第二移動值，其中該調整移動值是將相鄰的前一個該第二移動值做調整的值，其中該調整移動值是將前一個該第二移動值依照一計算規則減少，該計算規則是乘以一縮減倍數以及減去一補償值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之偵測移動影像的電路，其中該第二階移動影像偵測單元包括一緩衝單元與一移動值計算單元，其中該緩衝單元是該移動值計算單元的一回饋路徑，儲存當前輸出的該第二移動值，以及回饋該第二移動值給該移動值計算單元，其中該移動值計算單元對回饋的該第二移動值，依照該計算規則，減少前一個該第二移動值成為該調整移動值。
3. 如申請專利範圍第2項所述之偵測移動影像的電路，其中該移動值計算單元包括：一補償控制單元，接該緩衝單元提供的該第二移動值，依照該計算規則該調整移動值；以及一限制器，根據一設定範圍，對該調整移動值做限定 後才輸出該調整移動值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之偵測移動影像的電路，其中該縮減倍數是在約0.65與約0.95之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之偵測移動影像的電路，其中該影像圖框是以去交錯(deinterlace)機制，梳型濾波器(3D comb-filter)機制，或是雜訊消除(3D noise reduction)機制的顯示。
6. 如申請專利範圍第1項所述之偵測移動影像的電路，其中該第一階移動影像偵測單元包括：一圖框緩衝器，接收連續輸入的多個影像圖框以至少儲存該當前影像圖框與該相鄰的前一個影像圖框；以及一移動偵測單元，接收該當前影像圖框與該先前影像圖框計算得到對應該當前影像圖框的一第一移動值。
7. 一種偵測移動影像的方法，設置在一影像顯示系統中，以顯示動態影像，該方法包括：分析該影像顯示系統接收的一當前影像圖框與一先前影像圖框，計算得到對應該當前影像圖框的一第一移動值；以及對當前的該第一移動值與一調整移動值做比較，取最大值輸出且儲存為一第二移動值，其中該調整移動值是將相鄰前一個的該第二移動值做調整的值，其中該調整移動值是將前一個該第二移動值依照一計算規則減少，該計算規則是乘以一縮減倍數以及減去一 補償值。
8. 如申請專利範圍第7項所述之偵測移動影像的方法，其中該縮減倍數是在約0.65與約0.95之間。
9. 如申請專利範圍第7項所述之偵測移動影像的方法，其中該影像圖框是以去交錯(deinterlace)方式，梳型濾波器(3D comb-filter)方式，或是雜訊消除(3D noise reduction)方式顯示。
10. 如申請專利範圍第7項所述之偵測移動影像的方法，其中在分析該影像顯示系統接收的該當前影像圖框與該先前影像圖框的該步驟中包括：藉由一緩衝器儲存該當前影像圖框與該先前影像圖框；以及對該當前影像圖框與該先前影像圖框的資料做計算，得到對應該當前影像圖框的一第一移動值。
11. 一種影像顯示系統，包括：一偵測移動影像單元，以偵測連續輸入的一顯示影像圖框是處在動態顯示，經計算得到一移動參考值，以供後續動態顯示處理的參考，其中該偵測移動影像單元包括：一第一階移動影像偵測單元，分析一當前影像圖框與一先前影像圖框，計算得到對應該當前影像圖框的一第一移動值；以及一第二階移動影像偵測單元，接收該第一移動值，以及當前的該第一移動值與一調整移動值做比較，取最大值輸出與儲存為一第二移動值，其中該調整移動值是 將相鄰前一個的該第二移動值做調整的值，其中該調整移動值是將前一個該第二移動值依照一計算規則減少，該計算規則是乘以一縮減倍數以及減去一補償值。
12. 如申請專利範圍第11項所述之影像顯示系統，其中該第二階移動影像偵測單元包括一緩衝單元與一移動值計算單元，其中該緩衝單元是該移動值計算單元的一回饋路徑，儲存當前輸出的該第二移動值，以及回饋該第二移動值給該移動值計算單元，其中該移動值計算單元對回饋的該第二移動值，依照該計算規則，減少前一個該第二移動值成為該調整移動值。
13. 如申請專利範圍第12項所述之影像顯示系統，其中該移動值計算單元包括：一補償控制單元，接該緩衝單元提供的該第二移動值，依照該計算規則該調整移動值；以及一限制器，根據一設定範圍，對該調整移動值做限定後才輸出該調整移動值。