TWI394457B - 文字保護裝置及動態適應性去交錯裝置 - Google Patents

Description

文字保護裝置及動態適應性去交錯裝置

本發明係指一種用於去交錯操作之文字保護裝置，尤指一種用於動態適應性去交錯操作之文字保護裝置。

影像顯示技術大致上可區分為交錯式掃瞄(interlaced scan)與循序式掃瞄(progressive scan)兩大類。傳統的交錯式掃描(interlaced scan)技術於顯示一個視訊圖框(frame)時，係先後掃瞄由該視訊圖框之奇數掃描線與偶數掃描線所組成之二個圖場(field)。而漸進式掃描(progressive scan)技術，又稱非交錯式掃描(non-interlaced)，則是以加倍的水平掃描頻率依序掃描視訊圖框中的所有掃瞄線，使畫面的品質得以提升。

由於交錯式影像的每一畫面僅具有原始畫面的一半，因此，若要將交錯式影像資料以循序掃瞄方式顯示，則必須對欲播放的交錯式影像訊號進行「交錯至循序轉換」(interlaced to progressive conversion)的動作，即所謂的影像去交錯(de-interlace)，以將交錯式圖場中兩相鄰掃描線之間所欠缺的掃描線資料重建出來。在習知技術中，動態適應性去交錯(Motion Adaptive De-interlacing，MAD)是一種較先進的去交錯技術，其可根據圖場間的像素值差異，分辨出圖場中之動態影像區域及靜態影像區域，從而選擇以圖場間內插(inter-filed interpolation)方式(如：WAEVE模式)來處理靜態影像，或以圖場內內插方式(intra-filed interpolation)(如：BOB模式)來處理動態影像，或者更進一步地根據影像的移動程度以兩者混合的方式進行處理。

圖場間內插係藉由相鄰圖場的資料，內插產生一個完整的視訊圖框。在視訊圖框完全靜止時，透過圖場間內插的方式即足夠產生理想的重建影像，且垂直方向的解析度(vertical resolution)可以像原本非交錯的視訊圖框一樣地好。然而，在視訊圖框中包含有移動物體的情形下，由於移動物體在相鄰圖場的位置可能不同，因此使用圖場間去交錯技術會導致畫面產生閃爍的狀況。

圖場內內插方式則較適用於重建具有移動物體的視訊圖框。由於圖場內去交錯使用單一圖場的資料來重建出整張視訊圖框，而無關於鄰近圖場間物體移動的情形，因此內插出來的影像具有較理想的動態效果。此外，由於單純的垂直插補方式容易產生鋸齒狀影像，因此，習知技術另透過邊緣偵測機制，偵測圖場中影像物體的邊緣，並沿著偵測邊緣方向進行圖場內插補運算，以避免影像物體邊緣呈現鋸齒狀的情況。

然而，當視頻訊號中包含有動態文字影像時，例如新聞頻道中的跑馬燈字幕或影片中垂直捲動的演員名單等，若以習知圖場內去交錯技術對動態文字影像進行處理，由於邊緣偵測機制會將像素值差異較小的方向視為影像物體邊緣，因此在文字影像的筆劃交叉處或水平筆劃處容易因邊緣方向誤判，而導致文字影像呈現模糊不清的情況，如第1圖所示。如此一來，將無法滿足使用者對高品質影像的要求。

因此，本發明即在於提供一種文字保護裝置及其相關動態適應性去交錯裝置。

本發明係揭露一種用於去交錯操作之文字保護裝置，其包含有一像素差值運算單元及一文字偵測器。該像素差值運算單元用來根據一圖場中欲插入一目標像素之位置，計算該圖場中複數個像素對之像素值差異。該複數個像素對形成對應於該目標像素之一偵測區域。該複數個像素對之每一像素對係由兩個分別對應於一第一掃描線及一第二掃描線之像素組成。該第一掃描線及該第二掃描線分別位於該目標像素欲插入位置之上方及下方。該文字偵測器耦接於該像素差值運算單元，用來根據該偵測區域之一像素值差異分布，判斷該目標像素是否位於一文字筆劃的範圍內，以產生一文字偵測訊號。

本發明另揭露一種具文字保護功能之動態適應性去交錯裝置，其包含有一輸入端、一二維去交錯器、一三維去交錯器、一文字保護單元、一多工器、一動態偵測器及一混合電路。該輸入端用來接收一交錯式影像資料之一圖場。該二維去交錯器耦接於該輸入端，用來根據該圖場中欲插入一目標像素之位置，輸出一二維去交錯結果。該三維去交錯器耦接於該輸入端，用來輸出對應於該目標像素之一三維去交錯結果。該文字保護單元耦接於該輸入端，用來判斷該目標像素欲插入位置是否為一文字區域，而輸出對應於該目標像素之一垂直插補運算結果及一文字偵測訊號。該多工器耦接於該二維去交錯器及該文字保護單元，用來根據該文字偵測訊號，選擇性輸出該二維去交錯結果或該垂直插補運算結果。該動態偵測器耦接於該輸入端，用來根據該目標像素欲插入位置周遭影像之動態程度，產生一動態估測值。該混合電路耦接於該多工器、該二維去交錯器、該三維去交錯器及該動態偵測器，用來根據該動態估測值，混合該多工器之輸出結果及該三維去交錯結果，以產生一漸進式影像資料。

請參考第2圖，第2圖為本發明實施例具文字保護功能之一動態適應性去交錯(Motion Adaptive De-interlacing)裝置20之示意圖。動態適應性去交錯裝置20包含有一輸入端21、一二維去交錯器22、一三維去交錯器23、一文字保護單元24、一多工器25、一動態偵測器26及一混合電路27。輸入端21用來接收一交錯式影像資料之一圖場。二維去交錯器22耦接於輸入端21，用來根據圖場中欲插入一目標像素之位置，輸出一二維去交錯結果2D_pix。三維去交錯器23耦接於輸入端21，用來輸出對應於目標像素之一三維去交錯結果3D_pix。文字保護單元24耦接於輸入端21，用來判斷目標像素欲插入位置是否為一文字區域，而輸出對應於目標像素之一垂直插補運算結果bob_pix及一文字偵測訊號flag_text。多工器25耦接於二維去交錯器22及文字保護單元24，用來根據文字偵測訊號flag_text，選擇性輸出二維去交錯結果2D_pix或垂直插補運算結果bob_pix。動態偵測器26耦接於輸入端21，用來根據目標像素欲插入位置周遭影像之動態程度，產生一動態估測值m_value。混合電路27耦接於多工器25、二維去交錯器22、三維去交錯器23及動態偵測器26，用來根據動態估測值m_value，混合多工器之輸出結果及三維去交錯結果3D_pix，以產生一漸進式影像資料。

因此，當動態適應性去交錯裝置20接收到交錯式影像時，混合電路27可根據交錯式影像之運動程度，選擇輸出多工器之輸出結果、三維去交錯結果，或兩者混合的結果，以產生一漸進式影像資料。

如本領域具通常知識者所知，二維去交錯器22可根據目標像素欲插入位置，對交錯式影像資料之圖場進行邊緣偵測，並沿著所偵測邊緣進行一圖場內插補(intra-field interpolation)運算，以產生二維去交錯結果2D_pix；而三維去交錯器23則用來對交錯式影像資料之相鄰圖場進行一圖場間插補(inter-field interpolation)運算，以產生三維去交錯結果3D_pix。

此外，文字保護單元24可視為二維去交錯器22之一輔助裝置，用來於目標像素欲插入位置被判斷為文字區域時，使用垂直內插的方式對文字區域之像素進行插補，並產生文字偵測訊號flag_text，控制多工器25輸出對應於目標像素之垂直插補運算結果bob_pix。

在此情形下，當動態適應性去交錯裝置20接收到一動態文字影像時，例如新聞頻道中的跑馬燈字幕或影片中垂直捲動的演員名單等，本發明實施例可藉由文字保護單元24所輸出之垂直插補運算結果bob_pix，取代二維去交錯器22所產生之二維去交錯結果2D_pix，以避免二維去交錯器22因邊緣方向誤判而造成文字影像在筆劃交叉處或水平筆劃處呈現模糊不清的情況。關於文字保護單元24之詳細操作，請繼續參考以下說明。

請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一文字保護裝置30之示意圖。文字保護裝置30用來實現第2圖中之文字保護單元24，其包含有一像素差值運算單元31、一文字偵測器32及一垂直插補單元33。像素差值運算單元31用來根據目標像素欲插入位置，計算圖場中複數個像素對之像素值差異。其中，該複數個像素對形成對應於目標像素之一偵測區域，每一像素對係由兩個分別對應於一第一掃描線及一第二掃描線之像素組成，而該第一掃描線及該第二掃描線係該圖場之兩相鄰掃描線，分別位於該目標像素欲插入位置之上方及下方。文字偵測器32耦接於像素差值運算單元31，用來根據偵測區域之像素值差異分布，判斷偵測區域是否包含一文字筆劃，並判斷目標像素是否位於文字筆劃的範圍內，以產生文字偵測訊號flag_text。垂直插補單元33則用來對目標像素欲插入位置上下兩側之像素進行一垂直插補運算，以產生目標像素之一像素值bob_pix。

較佳地，文字偵測器32更包含有一第一偵測單元322、一第二偵測單元324及一邏輯運算單元326。第一偵測單元320用來於偵測區域之像素值差異分布具有一局部最小值(local minimum)時，判斷偵測區域具有一文字筆劃交叉(text stroke intersection)；第二偵測單元325用來於偵測區域之像素值差異分布具有兩個局部最小值，且在兩個局部最小值之間形成一上升、水平及下降趨勢時，判斷偵測區域具有一水平文字筆劃(horizontal text stroke)；而邏輯運算單元326耦接於第一偵測單元322及第二偵測單元324，則用來根據第一偵測單元322及第二偵測單元324之判斷結果，執行一邏輯運算，例如：「或」(OR)運算，以產生文字偵測訊號flag_text。

舉例來說，請參考4圖，第4圖說明了具有一文字筆劃交叉之一偵測區域40之像素值差異分布。如第4圖所示，在文字筆劃交叉處，由於上方像素與下方像素皆屬於文字部分而具有類似的像素值，因此上方像素與下方像素之像素差值會是一個比較小的值；當遠離文字筆劃交叉處時，由於上方像素或下方像素其中之一可能會變成背景，因此像素差值會變的越來越大。或者，上方像素及下方像素仍同時屬於文字部分或同時變成背景，而使得像素差值仍然維持一個比較小的值。無論如何，上方像素及下方像素最後皆會變成背景，而產生一個小的像素差值。

因此，當偵測區域之像素值差異分布具有一局部最小值時，本發明實施例可判斷偵測區域具有一文字筆劃交叉。在此情形下，第一偵測單元322另可由局部最小值開始向兩側計算具有相似像素值之像素個數，以標示出對應於文字筆劃交叉之一水平文字筆劃的範圍，如第4圖所示。

另一方面，請參考5圖，第5圖說明了具有一水平文字筆劃之一偵測區域50之像素值差異分布。由於在水平文字筆劃之起點或終點，上方像素及下方像素皆屬於背景部分，因此上方像素與下方像素之像素差值會是一個比較小的值；而在水平文字筆劃範圍內，由於上方像素和下方像素分別屬於文字部分及背景部分，因而會產生較大的像素差值。

因此，當偵測區域之像素值差異分布具有兩個局部最小值，且兩個局部最小值之間形成一上升、水平及下降趨勢時，本發明實施例可判斷偵測區域具有一水平文字筆劃。在此情形下，第二偵測單元324可進一步由該上升、水平及下降趨勢之一起點開始計算具有相似像素值之像素個數，以標示出水平文字筆劃的範圍，如第5圖所示。

如此一來，文字保護裝置30可根據第一偵測單元322及第二偵測單元324之判斷結果，於目標像素欲插入位置被判斷為文字區域時，產生文字偵測訊號flag_text。垂直差補單元33對目標像素上下兩側之像素進行垂直插補運算，以產生目標像素之像素值bob_pix。在此情形下，當目標像素欲插入位置被判斷為文字區域時，第2圖中之多工器25可根據文字偵測訊號flag_text，輸出對應於目標像素之垂直插補運算結果bob_pix。

另一方面，文字保護裝置30另可包含有一低通濾波器34，用來對偵測區域之像素進行一低通濾波運算，以移除偵測區域的高頻雜訊，或使影像較為平順(smooth)。然而，低通濾波器34之使用僅為本發明實施方式之一，本技術領域人士可以依據本發明進行均等變化與修飾，例如在不使用低通濾波電路之情況下，直接計算偵測區域中之像素值差異。如此相對應變化亦屬本發明之範圍。

值得注意的是，本說明書中所稱之像素值，在實作上可為像素之亮度值(luminance)、彩度值(chrominance)或其他可供進行去交錯運算之數值，而不限於此。

由上述可知，當本發明動態適應性去交錯裝置接收到交錯式影像時，除了可根據交錯式影像之運動程度，適當地選擇去交錯運算方式之外，另可判斷交錯式影像是否包含一文字區域，以藉由垂直插補運算結果，取代二維去交錯器所輸出之二維去交錯結果。如此一來，當交錯式影像資料包含有動態文字影像時，例如新聞頻道中的跑馬燈字幕或影片中垂直捲動的演員名單等，本發明實施例可避免二維去交錯器因邊緣方向誤判而造成文字影像在筆劃交叉處或水平筆劃處呈現破碎不連續的情況，而可滿足使用者對高品質影像的要求。例如，請參考第6圖，第6圖說明了本發明實施例改善動態文字影像呈現模糊不清的情況。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

20．．．動態適應性去交錯裝置

21．．．輸入端

22．．．二維去交錯器

23．．．三維去交錯器

24．．．文字保護單元

25．．．多工器

26．．．動態偵測器

27．．．混合電路

2D_pix．．．二維去交錯結果

3D_pix．．．三維去交錯結果

bob_pix．．．垂直插補運算結果

flag-text．．．文字偵測訊號

m_value．．．動態估測值

30．．．文字保護裝置

31．．．像素差值運算單元

32．．．文字偵測器

33．．．垂直插補單元

322．．．第一偵測單元

324．．．第二偵測單元

326．．．邏輯運算單元

34．．．低通濾波器

40、50．．．偵測區域

第1圖說明了習知去交錯技術造成動態文字影像呈現模糊不清的情況。

第2圖為本發明實施例具文字保護功能之一動態適應性去交錯裝置之示意圖。

第3圖為本發明實施例一文字保護裝置之示意圖。

第4圖說明了具有一文字筆劃交叉之一偵測區域之像素值差異分布。

第5圖說明了具有一水平文字筆劃之一偵測區域之像素值差異分布。

第6圖說明了本發明實施例改善動態文字影像呈現破碎不連續的情況。

20．．．動態適應性去交錯裝置

21．．．輸入端

22．．．二維去交錯器

23．．．三維去交錯器

24．．．文字保護單元

25．．．多工器

26．．．動態偵測器

27．．．混合電路

2D_pix．．．二維去交錯結果

3D_pix．．．三維去交錯結果

bob_pix．．．垂直插補運算結果

flag_text．．．文字偵測訊號

m_value．．．動態估測值

Claims (17)

1. 一種用於去交錯操作之文字保護裝置，包含有：一像素差值運算單元，用來根據一圖場中欲插入一目標像素之位置，計算該圖場中複數個像素對之像素值差異，該複數個像素對形成對應於該目標像素之一偵測區域，該複數個像素對之每一像素對係由兩個分別對應於一第一掃描線及一第二掃描線之像素組成，該第一掃描線及該第二掃描線分別位於該目標像素欲插入位置之上方及下方；以及一文字偵測器，耦接於該像素差值運算單元，用來根據該偵測區域之一像素值差異分布，該目標像素是否位於一文字筆劃的範圍內，以產生一文字偵測訊號；其中，該文字偵測器更包含有：一第一偵測單元，用來於該偵測區域之該像素值差異分布具有一局部最小值(local minimum)時，判斷該複數個像素對具有一文字筆劃交叉(text stroke intersection)；以及一第二偵測單元，用來於該偵測區域之該像素值差異分布具有兩個局部最小值，且該像素值差異分布於該兩個局部最小值之間形成一上升、水平及下降趨勢時，判斷該複數個像素對具有一水平文字筆劃(horizontal text stroke)。
2. 如請求項1所述之文字保護裝置，其中該第一偵測單元係由該局部最小值開始向兩側計算具有相似像素值之像素個數，以標 示出對應於該文字筆劃交叉之一水平文字筆劃的範圍。
3. 如請求項1所述之文字保護裝置，其中該第二偵測單元係由該上升、水平及下降趨勢之一起點開始計算具有相似像素值之像素個數，以標示出該水平文字筆劃的範圍。
4. 如請求項1所述之文字保護裝置，其中該文字偵測器另包含一邏輯運算單元，用來根據該第一偵測單元及該第二偵測單元之判斷結果，產生該文字偵測訊號。
5. 如請求項1所述之文字保護裝置，其另包含：一低通濾波器，耦接於該像素差值運算單元，用來對該複數個像素對之像素值進行一低通濾波運算，以移除該偵測區域的高頻雜訊。
6. 如請求項1所述之文字保護裝置，其另包含有：一垂直插補單元，用來對該目標像素欲插入位置上下兩側之像素進行一垂直插補運算，以產生對應該目標像素之一像素值。
7. 如請求項1所述之文字保護裝置，其中該第一掃瞄線與該第二掃描線係為該圖場之兩相鄰掃描線。
8. 一種具文字保護功能之動態適應性去交錯(Motion Adaptive De-interlacing)裝置，包含有：一輸入端，用來接收一交錯式影像資料之一圖場；一二維去交錯器，耦接於該輸入端，用來根據該圖場中欲插入一目標像素之位置，輸出一二維去交錯結果；一三維去交錯器，耦接於該輸入端，用來輸出對應於該目標像素之一三維去交錯結果；一文字保護單元，耦接於該輸入端，用來判斷該目標像素欲插入位置是否為一文字區域，而輸出對應於該目標像素之一垂直插補運算結果及一文字偵測訊號；一多工器，耦接於該二維去交錯器及該文字保護單元，用來根據該文字偵測訊號，選擇性輸出該二維去交錯結果或該垂直插補運算結果；一動態偵測器，耦接於該輸入端，用來根據該目標像素欲插入位置周遭影像之動態程度，產生一動態估測值；以及一混合電路，耦接於該多工器、該二維去交錯器、該三維去交錯器及該動態偵測器，用來根據該動態估測值，混合該多工器之輸出結果及該三維去交錯結果，以產生一漸進式影像資料；其中，該文字保護單元更包含有：一像素差值運算單元，用來根據該目標像素欲插入位置，計算該圖場中複數個像素對之像素值差異，該複數個像素對形成對應於該目標像素之一偵測區域，該複數個像素 對之每一像素對係由兩個分別對應於一第一掃描線及一第二掃描線之像素組成，該第一掃描線及該第二掃描線分別位於該目標像素欲插入位置之上方及下方；以及一文字偵測器，耦接於該像素差值運算單元，用來根據該偵測區域之一像素值差異分布，判斷該目標像素是否位於一文字筆劃的範圍內，以產生該文字偵測訊號；其中，該文字偵測器更包含有：一第一偵測單元，用來於該偵測區域之該像素值差異分布具有一局部最小值(local minimum)時，判斷該偵測區域具有一文字筆劃交叉(text stroke intersection)；以及一第二偵測單元，用來於該偵測區域之該像素值差異分布具有兩個局部最小值，且該像素值差異分布於該兩個局部最小值之間形成一上升、水平及下降趨勢時，判斷該偵測區域具有一水平文字筆劃(horizontal text stroke)。
9. 如請求項8所述之動態適應性去交錯裝置，其中該二維去交錯器係根據該目標像素欲插入位置，對該圖場進行邊緣偵測，並沿著所偵測邊緣進行一圖場內插補(intra-field interpolation)運算，以輸出該二維去交錯結果。
10. 如請求項8所述之動態適應性去交錯裝置，其中該三維去交錯 器係根據該目標像素欲插入位置，對該圖場及其相鄰圖場進行一圖場間插補(inter-field interpolation)運算，以產生該三維去交錯結果。
11. 如請求項8所述之動態適應性去交錯裝置，其中該文字保護單元係於該目標像素欲插入位置被判斷為該文字區域時，產生該文字偵測訊號，以控制該多工器輸出對應於該目標像素之該垂直插補運算結果。
12. 如請求項8所述之動態適應性去交錯裝置，其中該第一偵測單元係由該局部最小值開始向兩側計算具有相似像素值之像素個數，以標示出對應於該文字筆劃交叉之一水平文字筆劃的範圍。
13. 如請求項8所述之動態適應性去交錯裝置，其中該第二偵測單元另係由該上升、水平及下降趨勢之一起點開始計算具有相似像素值之像素個數，以標示出該水平文字筆劃的範圍。
14. 如請求項8所述之動態適應性去交錯裝置，其中該文字偵測器另包含一邏輯運算單元，用來根據該第一偵測單元及該第二偵測單元之判斷結果，產生該文字偵測訊號。
15. 如請求項8所述之動態適應性去交錯裝置，其中該文字保護單元更包含有： 一低通濾波器，耦接於該像素差值運算單元，用來對該複數個像素對之像素值進行一低通濾波運算，以移除該偵測區域的高頻雜訊。
16. 如請求項8所述之動態適應性去交錯裝置，其中該文字保護單元另包含有：一垂直插補單元，用來對該目標像素欲插入位置上下兩側之像素進行一垂直插補運算，以產生對應於該目標像素之該垂直插補運算結果。
17. 如請求項8所述之動態適應性去交錯裝置，其中該第一掃瞄線與該第二掃描線係為該圖場之兩相鄰掃描線。