TWI406264B - 增加影像顯示頻率的增頻系統 - Google Patents

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TWI406264B TW098114166A TW98114166A TWI406264B TW I406264 B TWI406264 B TW I406264B TW 098114166 A TW098114166 A TW 098114166A TW 98114166 A TW98114166 A TW 98114166A TW I406264 B TWI406264 B TW I406264B
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Description

增加影像顯示頻率的增頻系統
本發明係關於影像處理之技術領域，尤指一種增加影像顯示頻率的增頻系統。
圖框頻率增加變換(Frame Rate up-Conversion,FRC)是一個新興的技術領域，主要的目的是增加視訊的畫面頻率(Frame rate)，以適應現代如高品質電視的需求，例如高品質電視畫面頻率可能是60Hz或更高。其係在原有的視訊來源中內差畫面而成為高畫面頻率的視訊，例如從每秒30張圖框增加為每秒60張圖框。
在圖框內插法中，係先假設要在第n張圖框(稱為F n )與第n+1張圖框(稱為F n +1 )間插入一張圖框(稱為F in )。一種比較簡單的方式是圖框重播法(Frame repetition)，如圖1所示，其作法是將圖框F n 重複播放兩次以取代圖框F in ，雖然簡單易做，但效果不好，容易產生影像停頓的現象。
針對上述缺點，另一種方式是使用圖框平均法(Frame Averaging)，如圖2所示，其做法是將圖框F n 與圖框F n +1 對應的像素做平均，然後填入圖框F in 對應的像素中，其數學式可簡單表示為：Pixel(x,y,F in )=[Pixel(x,y,F n )+Pixel(x,y,F n +1 )]/2。然而由於將圖框F n 與圖框F n +1 對應的像素做平均，圖框F in 上的運動物件容易產生模糊現象。
另一種圖框頻率增加變換(FRC)技術為運動補償式圖框內插法。運動補償式圖框內插法的概念是在圖框與圖框間所相距的極短時間內，所有的物件之移動軌跡，都可以視為是在直線方向的線性移動，如圖3所示，故先使用移動估測方法(motion estimation)算出圖框F n 與圖框F n +1 的移動向量(motion vector)，再依據移動向量對圖框F in 進行重建。在執行圖框F in 重建時，需用到圖框F n 與圖框F n +1 ，習知技術係將圖框F n 與圖框F n +1 儲存於一圖框緩衝器中。圖4係一習知技術使用圖框緩衝器的示意圖，圖5係一習知技術使用圖框緩衝器的使用示意圖，如圖4所示，為增加系統處理效率，其使用3個圖框緩衝器，當圖框F n 與圖框F n +1 分別由圖框緩衝器0,1讀出以重建圖框F in 時，圖框F n +2 則寫入圖框緩衝器2中。請參考圖5，於時間Ta時，圖框F n +2 開始寫入圖框緩衝器2中，圖框F n 由圖框緩衝器0讀出顯示該圖框F n 。於時間Tb時，圖框F n +2 持續寫入圖框緩衝器2中，圖框F n 與圖框F n +1 分別由圖框緩衝器0,1讀出以重建圖框F in ，並輸出及顯示圖框F in 。於時間Tc時，由於圖框F n 已顯示過，且不會再使用，故圖框F n +3 開始寫入圖框緩衝器0中，圖框F n +1 由圖框緩衝器1讀出顯示該圖框F n +1 。後續工作原理均相同，不再贅述。由圖4及圖5可知，其需使用3個圖框緩衝器，同時在執行重建圖框F in ，需讀出圖框F n 與圖框F n +1 ，不僅增加系統成本，亦降低系統效率。由此可知，習知增加影像顯示頻率的增頻系統仍有諸多缺失而有予以改善之必要。
本發明之目的係在提供一種增加影像顯示頻率的增頻系統，可較習知技術減少0.5個圖框緩衝器，進而達到降低成本。同時，可降低系統的讀取頻寬，減輕系統負擔。
依據本發明之一特色，本發明係提出一種增加影像顯示頻率的增頻系統，包含一緩衝裝置、一移動估測裝置、一插補裝置、一移動補償裝置、及一控制裝置。該緩衝裝置具有一輸入端及六個場緩衝器，用以接收一第一圖框、一第二圖框、及一第三圖框的影像資料，並將其分別以一第零圖場至第五圖場儲存，其中，該些圖框皆由一奇圖場及一偶圖場所組成。該移動估測裝置連接至該緩衝裝置，依據前述圖場以估測並產生一移動向量。該插補裝置連接至該緩衝裝置，依據前述圖場以插補產生一插補圖場。該移動補償裝置連接至該緩衝裝置、該移動估測裝置、及該插補裝置，依據該緩衝裝置中儲存的圖場、該插補圖場及該移動向量，進而產生一第六圖場及一第七圖場。該控制裝置連接至該緩衝裝置，用以控制該緩衝裝置的寫入與讀出操作，其中，該第六圖場及該第七圖場所相對應的一第四圖框在顯示時間軸上係介於該第一圖框及該第二圖框之間。
依據本發明之另一特色，本發明係提出一種增加影像顯示頻率的增頻系統，包含一緩衝裝置、一移動估測裝置、一插補裝置、一移動補償裝置、及一控制裝置。該緩衝裝置具有一輸入端及十個半場緩衝器，用以接收並儲存一第一圖框的影像資料、一第二圖框的影像資料、及一第三圖框的部分影像資料，並分別以一第零圖場至第四圖場儲存，其中，該些圖框皆由一奇圖場及一偶圖場組成，該些圖場皆由一上半圖場及一下半圖場所組成。該移動估測裝置連接至該緩衝裝置，依據前述圖場以估測並產生一移動向量。該插補裝置連接至該緩衝裝置，依據前述圖場以插補產生一插補圖場。該移動補償裝置連接至該緩衝裝置、該移動估測裝置、及該插補裝置，依據該緩衝裝置中儲存的圖場、該插補圖場及該移動向量，以產生一第六圖場及一第七圖場。該控制裝置連接至該緩衝裝置，用以控制該緩衝裝置的寫入與讀出操作，其中，該第六圖場及該第七圖場所對應的一第四圖框在顯示時間軸上係介於該第一圖框及該第二圖框之間。
請參見圖6，其係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統600的方塊圖。該增頻系統600包含一緩衝裝置610、一移動估測裝置620、一插補裝置630、一移動補償裝置640及一控制裝置650。
該緩衝裝置610具有一輸入端611及第0至第5儲存單元，其中，該儲存單元為場緩衝器(field buffer)。該緩衝裝置610接收一第1圖框、一第2圖框、及一第3圖框的影像資料，該些圖框均由一奇圖場及一偶圖場所組成，並將其分別以一第0圖場至第5圖場予以儲存。
該移動估測裝置620連接至該緩衝裝置610，依據圖場以估測並產生一移動向量MV。相較於習知技術係利用連續的二個圖框(圖框F n 與圖框F n +1 )進行移動估測，本發明則利用連續的二個圖框中的相對應圖場進行移動估測，例如利用圖框F n 與圖框F n +1 的偶圖場或是奇圖場進行移動估測。
該插補裝置630連接至該緩衝裝置610，依據圖場以插補產生一插補圖場。
該移動補償裝置640連接至該緩衝裝置610、該移動估測裝置620、及該插補裝置630，依據該緩衝裝置的圖場、該插補圖場及該移動向量，產生一第6圖場及一第7圖場。
該控制裝置650連接至該緩衝裝置610，用以控制該緩衝裝置610的寫入與讀出操作，其中，該第6圖場及該第7圖場所對應的一第4圖框在顯示時間軸上係介於該第1圖框及該第2圖框之間。
圖7係本發明之該緩衝裝置610於不同時段的運作的示意圖，圖8係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統600的時序圖，圖9係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統600的運作示意圖。如圖7、圖8及圖9所示，該控制裝置650於一第1時段(Ta)中控制該緩衝裝置610中，以將該第4圖場寫入該緩衝裝置610，並由該緩衝裝置610讀出該第0圖場及該第1圖場，並以該第0圖場及該第1圖場對應的該第1圖框予以輸出。
該控制裝置650於一第2時段(Tb)中控制該緩衝裝置610，以將該第5圖場寫入該緩衝裝置610，並由該緩衝裝置610中讀出該第0圖場、該第1圖場、及該第2圖場。
該移動估測裝置620於該第2時段(Tb)中依據該第0圖場及該第2圖場以估測並產生該移動向量MV。該插補裝置630於該第2時段(Tb)中依據該第2圖場以插補產生該插補圖場。
該移動補償裝置640於該第2時段(Tb)中依據移動向量MV、該第0圖場及該第2圖場，並利用移動補償方法，進而產生該第6圖場。該移動補償裝置640於該第2時段(Tb)中依據移動向量MV、該第1圖場及該插補圖場，並利用移動補償方法，進而產生該第7圖場。
由上述說明可知，於本發明中，在第2時段依據本發明技術，僅需由該緩衝裝置610讀出3個圖場，亦即僅需1.5個圖框，而習知技術則需由緩衝裝置讀出2個圖框，藉由本發明技術，可降低系統的讀取需求，減輕系統負擔。
圖10係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統600另一實施例的時序圖，圖11係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統600另一實施例的運作示意圖。該控制裝置650於一第2時段(Tb)中控制該緩衝裝置610，以將該第5圖場寫入該緩衝裝置610，並由該緩衝裝置610讀出該第1圖場、該第2圖場、及該第3圖場。
該移動估測裝置620於該第2時段(Tb)中依據該第1圖場及該第3圖場以估測並產生該移動向量MV。該插補裝置630於該第2時段(Tb)中依據該第1圖場以插補產生該插補圖場。該移動補償裝置640於該第2時段(Tb)中依據移動向量MV、該插補圖場及該第2圖場，並利用移動補償方法，以產生該第6圖場。該移動補償裝置於該第2時段(Tb)中依據移動向量MV、該第1圖場及該第3圖場，並利用移動補償方法，以產生該第7圖場。
圖12係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統600再一實施例的時序圖，圖13係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統600再一實施例的運作示意圖。其係將影像顯示頻率增加三倍。該控制裝置650於一第2時段(Tb)中控制該緩衝裝置610，以將該第5圖場寫入該緩衝裝置610，並由該緩衝裝置610讀出該第1圖場、該第2圖場、及該第3圖場。
該移動估測裝置620於該第2時段(Tb)中依據該第1圖場及該第3圖場以估測並產生該移動向量MV。該插補裝置630於該第2時段(Tb)中依據該第1圖場以插補產生該插補圖場。該移動補償裝置640於該第2時段(Tb)中依據移動向量MV、該插補圖場及該第2圖場，並利用移動補償方法，以產生該第6圖場。該移動補償裝置於該第2時段(Tb)中依據移動向量MV、該第1圖場及該第3圖場，並利用移動補償方法，以產生該第7圖場。
該移動估測裝置620於該第3時段(Tc)中依據該第1圖場及該第3圖場以估測並產生該移動向量MV。該插補裝置630於該第3時段(Tc)中依據該第1圖場以插補產生該插補圖場。該移動補償裝置640於該第3時段(Tc)中依據移動向量MV、該插補圖場及該第2圖場，並使用移動補償方法，以產生該第8圖場。該移動補償裝置於該第3時段(Tc)中依據移動向量MV、該第1圖場及該第3圖場，並使用移動補償方法，以產生該第9圖場。
圖14係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統600的又一實施例方塊圖。該增頻系統600包含一緩衝裝置1410、一移動估測裝置620、一插補裝置630、一移動補償裝置640及一控制裝置650。其與圖6主要差異為緩衝裝置1410，該緩衝裝置1410具有一輸入端及第0至第9儲存單元，用以接收並儲存一第1圖框的影像資料、一第2圖框的影像資料、及一第3圖框的部分影像資料，並將其分別以一第0圖場至第4圖場予以儲存，其中，該儲存單元為半場緩衝器(half field buffer)，該些圖框(frame)皆由一奇圖場(odd field)及一偶圖場(even field)組成，該些圖場皆由一上半圖場及一下半圖場組成。亦即，該緩衝裝置1410有十個半場緩衝器，相當於五個場緩衝器(field buffer)或2.5個圖框緩衝器(frame buffer)。
圖15係本發明之該緩衝裝置1410於不同時段的運作的示意圖。圖16係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統又一實施例的時序圖，圖17係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統又一實施例的運作示意圖。
該控制裝置650於一第1時段(Ta)中控制該緩衝裝置1410，以將該第4圖場的上半圖場(O 2- up )及該第5圖場的上半圖場(E 2- up )寫入該緩衝裝置1410，並由該緩衝裝置1410讀出該第0圖場(O 0_ up ,O 0_ dn )及該第1圖場(E 0_ up ,E 0_ dn )，並以該第0圖場及該第1圖場對應的該第1圖框輸出。
該控制裝置650於一第2時段(Tb)中控制該緩衝裝置1410，以將該第4圖場的下半圖場(O 2_ dn )及該第5圖場的下半圖場入該緩衝裝置(E 2_ dn )，並由該緩衝裝置1410讀出該該第1圖場(E 0_ up ,E 0_ dn )、該第2圖場(O 1_ up ,O 1_ dn )、及該第3圖場(E 1_ up ,E 1_ dn )。
該移動估測裝置620於該第2時段(Tb)中依據該第1圖場(E 0 _ up ,E 0_ dn )、及該第3圖場(E 1_ up ,E 1_ dn )以估測並產生該移動向量MV。該插補裝置630於該第2時段中依據該第1圖場(E 0_ up ,E 0_ dn )以插補產生該插補圖場(O 0_ up ,O 0_ dn )。
該移動補償裝置630於該第2時段(Tb)中依據移動向量MV、該插補圖場(O 0_ up ,O 0_ dn )及該第2圖場(O 1_ up ,O 1_ dn )，並使用移動補償方法，以產生該第6圖場。
該移動補償裝置630於該第2時段(Tb)中依據移動向量MV、該第1圖場(E 0_ up ,E 0_ dn )及該第3圖場(E 1_ up ,E 1_ dn )，並使用移動補償方法，以產生該第7圖場。
由前述說明，本發明僅需使用2.5個圖框緩衝器(frame buffer)，相較於習知技術可減少半個圖框緩衝器，同時，在第2時段依據本發明技術，僅需由該緩衝裝置1410讀出3個圖場(1.5個圖框)，而習知技術則需由緩衝裝置讀出2個圖框，藉由本發明技術，亦可降低系統的讀取所需頻寬，減輕系統負擔。
由上述可知，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，極具實用價值。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
600．．．增頻系統
610．．．緩衝裝置
620．．．移動估測裝置
630．．．插補裝置
640．．．移動補償裝置
650．．．控制裝置
1410．．．緩衝裝置
圖1係習知技術將圖框重複播放之示意圖。
圖2係習知技術將圖框F n 與圖框F n +1 對應的像素做平均之示意圖。
圖3係習知移動估測方法之示意圖。
圖4係一習知技術使用圖框緩衝器的示意圖。
圖5係一習知技術使用圖框緩衝器的使用示意圖。
圖6係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統的方塊圖。
圖7係本發明該緩衝裝置於不同時段的運作的示意圖。
圖8係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統的時序圖。
圖9係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統的運作示意圖。
圖10係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統另一實施例的時序圖。
圖11係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統另一實施例的運作示意圖。
圖12係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統再一實施例的時序圖。
圖13係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統再一實施例的運作示意圖。
圖14係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統的又一實施例方塊圖。
圖15係本發明該緩衝裝置於不同時段的運作的示意圖。
圖16係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統又一實施例的時序圖。
圖17係本發明增加影像顯示頻率的增頻系統又一實施例的運作示意圖。
600．．．增頻系統
610．．．緩衝裝置
620．．．移動估測裝置
630．．．插補裝置
640．．．移動補償裝置
650．．．控制裝置

Claims (15)

  1. 一種增加影像顯示頻率的增頻系統，包含：一緩衝裝置，其具有一輸入端及六個場緩衝器，用以接收一第一圖框、一第二圖框、及一第三圖框的影像資料，並將其分別以一第零圖場至第五圖場予以儲存，其中，該些圖框皆由一奇圖場及一偶圖場所組成；一移動估測裝置，連接至該緩衝裝置，依據前述圖場以估測並產生一移動向量；一插補裝置，連接至該緩衝裝置，依據前述圖場以插補產生一插補圖場；一移動補償裝置，連接至該緩衝裝置、該移動估測裝置、及該插補裝置，依據該緩衝裝置中儲存的圖場、該插補圖場及該移動向量，進而產生一第六圖場及一第七圖場；以及一控制裝置，連接至該緩衝裝置，用以控制該緩衝裝置的寫入與讀出操作；其中，該第六圖場及該第七圖場所相對應的一第四圖框在顯示時間軸上係介於該第一圖框及該第二圖框之間，該控制裝置於第一時段中控制該緩衝裝置，用以將該第四圖場寫入該緩衝裝置，並由該緩衝裝置讀出該第零圖場及該第一圖場，並以該第零圖場及該第一圖場所對應的該第一圖框輸出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之增頻系統，其中，該控制裝置於第二時段中控制該緩衝裝置，以將該第五圖場寫 入該緩衝裝置，並由該緩衝裝置讀出該第零圖場、該第一圖場、及該第二圖場。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之增頻系統，其中，該移動估測裝置於該第二時段中依據該第零圖場及該第二圖場以估測並產生該移動向量。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之增頻系統，其中，該插補裝置於該第二時段中依據該第二圖場以插補產生該插補圖場。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之增頻系統，其中，該移動補償裝置於該第二時段中依據移動向量、該第零圖場及該第二圖場，進而產生該第六圖場。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之增頻系統，其中，該移動補償裝置於該第二時段中依據移動向量、該第一圖場及該插補圖場，進而產生該第七圖場。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之增頻系統，其中，於第二時段中，該控制裝置控制該緩衝裝置用以將該第五圖場寫入該緩衝裝置，並由該緩衝裝置讀出該第一圖場、該第二圖場、及該第三圖場，該移動估測裝置依據該第一圖場及該第三圖場以估測並產生該移動向量，以及該插補裝置依據該第一圖場以插補產生該插補圖場。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之增頻系統，其中，該移動補償裝置於該第二時段中依據移動向量、該插補圖場及該第二圖場，進而產生該第六圖場。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之增頻系統，其中，該移動補償裝置於該第二時段中依據移動向量、該第一圖場及該第三圖場，進而產生該第七圖場。
  10. 一種增加影像顯示頻率的增頻系統，包含：一緩衝裝置，其具有一輸入端及十個半場緩衝器，用以接收並儲存一第一圖框的影像資料、一第二圖框的影像資料、及一第三圖框的部分影像資料，並分別以一第零圖場至第四圖場儲存，其中，該些圖框皆由一奇圖場及一偶圖場組成，該些圖場皆由一上半圖場及一下半圖場所組成；一移動估測裝置，連接至該緩衝裝置，依據前述圖場以估測並產生一移動向量；一插補裝置，連接至該緩衝裝置，依據前述圖場以插補產生一插補圖場；一移動補償裝置，連接至該緩衝裝置、該移動估測裝置、及該插補裝置，依據該緩衝裝置中儲存的圖場、該插補圖場及該移動向量，以產生一第六圖場及一第七圖場；以及一控制裝置，連接至該緩衝裝置，用以控制該緩衝裝置的寫入與讀出操作；其中，該第六圖場及該第七圖場所對應的一第四圖框在顯示時間軸上係介於該第一圖框及該第二圖框之間，該控制裝置於第一時段中控制該緩衝裝置，用以將該第四圖場的上半圖場及該第五圖場的上半圖場寫入該緩衝裝置， 並由該緩衝裝置讀出該第零圖場及該第一圖場，並以該第零圖場及該第一圖場相對應的該第一圖框輸出。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之增頻系統，其中，該控制裝置於第二時段中控制該緩衝裝置，以將該第四圖場的下半圖場及該第五圖場的下半圖場入該緩衝裝置，並由該緩衝裝置讀出該該第一圖場、該第二圖場、該及第三圖場。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之增頻系統，其中，該移動估測裝置於該第二時段中依據該第一圖場、及該第三圖場以估測並產生該移動向量。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之增頻系統，其中，該插補裝置於該第二時段中，依據該第一圖場以插補該插補圖場。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之增頻系統，其中，該移動補償裝置於該第二時段中依據移動向量、該插補圖場及該第二圖場，進而產生該第六圖場。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之增頻系統，其中，該移動補償裝置於該第二時段中依據移動向量、該第一圖場及該第三圖場，進而產生該第七圖場。
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