TWI412278B - 影片模式的圖框速率轉換系統及方法 - Google Patents

Description

影片模式的圖框速率轉換系統及方法

本發明係有關圖框速率轉換，特別是關於一種影片模式的圖框速率轉換系統及方法。

美國國家電視標準委員會(National Television System Committee,NTSC)廣播視訊格式的圖像頻率為每秒60圖場(亦即，60 fields/sec)，然而以膠捲拍攝的電影之圖像頻率為每秒24圖框(亦即，24 frames/sec)。為了讓電影能夠在NTSC格式的電視機上播放，一般係以3：2轉換(3：2 pull down)方式，將電影相鄰二圖框當中的第一圖框轉變為3圖場，並將第二圖框轉變為2圖場；換句話說，相鄰二圖框會被轉變為5圖場。依此原則，每秒24圖框即被轉變為每秒60圖場，因而符合NTSC格式，此種格式稱為3：2影片模式。

逐行倒相(Phase Alternating Line,PAL)廣播視訊格式的圖像頻率為每秒50圖場(亦即，50 fields/sec)。為了讓電影能夠在PAL格式的電視機上播放，可以使用2：2轉換(2：2 pull down)方式，將每秒24圖框轉變為每秒48圖場，然而此將造成約4%的加速。鑑於此，可以使用另一種改良的2：2轉換，稱為2：2：2：2：2：2：2：2：2：2：2：3轉換， 其可將電影的每秒24圖框轉變為每秒50圖場，因而符合PAL格式，此種格式稱為2：2影片模式。

NTSC或PAL格式所傳送者都是交錯的(interlaced)圖場影像，若要將其顯示於非交錯式(non-interlaced)或循序式(progressive)顯示器上，則必須先將圖場還原成圖框，此稱為去交錯(de-interlace)。對於影片模式(film mode)訊號之去交錯，則是複製前一圖場或後一圖場的全部掃描線以還原成圖框。

液晶顯示器的液晶分子若無法及時反應來改變影像，則會導致移動中的圖片呈現移動模糊(motion blur)的現象。為了解決上述問題，通常於原本兩相鄰圖框之間使用圖框速率提高(frame rate up conversion,FRUC)技術，以產生一或多個內插圖框，因而提高視訊顯示的圖框速率(frame rate)，例如：從60Hz增至120Hz。

於進行圖框速率轉換時，必須從外部記憶體(亦即，位於圖框速率轉換器外部的記憶體或緩衝器)拿取前、後張圖框的資料來進行區塊比對(block matching)，得到動作向量(motion vector)後，用以得到內插圖框。對於非影片模式之去交錯訊號，例如圖框速率為60或50的去交錯訊號，於二張之間內插一張，便可顯示圖框速率為120或100的視訊。對於影片模式之去交錯訊號，例如3：2或2：2去交錯訊號，當進行圖框速率轉換時，必須先找出原本圖像頻率為每秒24圖框的畫面，於二張之間內插四張，用以顯示圖框速率為120或100的視訊。

第一圖顯示使用傳統外部記憶體10以進行3：2影片模式的圖框速率轉換時，依序存放圖框的例示。傳統外部記憶體10一般為先進先出(FIFO)緩衝器。下表一顯示於不同時間當中的輸入圖框、輸出圖 框及外部記憶體所存放的圖框。例如，於時間t4(a)時存放有圖框AAAB，且輸出原圖框A；於時間t4(b)時則輸出圖框A和圖框B的第一張內插圖框AB；於時間t6(a)時存放有圖框ABBC，且輸出圖框A和圖框B的第四張內插圖框AB。

在此例子中，外部記憶體10的大小必須至少可存放四圖框。否則，於進行圖框輸出時將會發生圖框資料不足的情形。例如，如果使用少於四圖框大小的外部記憶體，則於前述時間t6(a)時，將會遺失掉圖框A的資料，因而無法產生內插圖框AB。

再者，根據傳統外部記憶體10的存放方式(亦即，先進先出方式)，於進行內插時，圖框的擷取位置缺乏規律的順序，造成擷取 圖框流程的複雜。

鑑於傳統外部記憶體的大小會影響記憶體頻寬、電路大小及成本，而傳統方法或系統不但無法有效減少外部記憶體大小，且其圖框的擷取流程複雜，因此亟需提出一種新穎的架構以改善上述問題。

鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提供一種影片模式的圖框速率轉換方法及系統，用以減小外部記憶體大小並簡化圖框擷取的流程。

根據本發明實施例，影片模式的圖框速率轉換系統包含外部記憶體、比較器及圖框速率轉換器。外部記憶體依序接收並載入影片模式圖框至外部記憶體內。外部記憶體包含一佇列(queue)，其具一指標器(pointer)以指示下一個接收圖框的載入位置。比較器將指標器所指之目前圖框和前一位置之圖框作比較，如果二圖框經比較後為不同，則遞增指標器的位置，否則，維持指標器的位置。圖框速率轉換器根據指標器而自外部記憶體擷取圖框以進行圖框速率轉換。

10‧‧‧外部記憶體

20‧‧‧外部記憶體

22‧‧‧圖框速率轉換器(FRUC)

24‧‧‧比較器

201‧‧‧第一擷取路徑

202‧‧‧第二擷取路徑

Fn‧‧‧目前圖框

Fn-1‧‧‧前一圖框

CS‧‧‧比較結果信號

第一圖顯示使用傳統外部記憶體以進行3：2影片模式的圖框速率轉換時，依序存放圖框的例示。

第二圖的方塊圖顯示本發明實施例之影片模式的圖框速率轉換系統。

第三圖的流程圖顯示本發明實施例之影片模式的圖框速率轉換方 法。

第四圖例示3：2影片模式圖框速率轉換時的外部記憶體之載入及擷取。

第五圖例示2：2影片模式圖框速率轉換時的外部記憶體之載入及擷取。

第二圖的方塊圖顯示本發明實施例之影片模式的圖框速率轉換系統，其主要包含外部記憶體20及圖框速率轉換器(FRUC)22。外部記憶體20依序接收影片模式之去交錯訊號(或影片模式圖框)，例如3：2或2：2圖框。圖框速率轉換器22可藉由第一擷取路徑201自外部記憶體20擷取圖框以進行圖框速率轉換，例如自外部記憶體20擷取內插所需的前、後張圖框(例如前一圖框及目前圖框)。圖框速率轉換器22也可藉由第一擷取路徑201自外部記憶體20擷取前一圖框並藉由第二擷取路徑202接收目前圖框，以進行內插。

在本實施例中，外部記憶體20係為佇列(queue)架構，並使用一指標器(pointer)，用以指示下一個接收圖框的載入位置。本實施例的外部記憶體20較傳統外部記憶體(例如第一圖)來得小。以3：2或2：2影片模式為例，本實施例的外部記憶體20大小為三個圖框，而傳統外部記憶體大小為四個圖框。

第三圖的流程圖顯示本發明實施例之影片模式的圖框速率轉換方法。第四圖例示3：2影片模式圖框速率轉換時的外部記憶體20之載 入及擷取，而下表二則顯示於不同時間當中的輸入圖框、輸出圖框、外部記憶體所存放圖框及圖框擷取位置。

首先，於步驟31，接收一目前圖框Fn，並將其載入外部記憶體20的指標器所指位置(如第四圖中的斜線區域)(步驟32)。接著，於步驟33，使用比較器24(第二圖)將指標器所指位置之圖框(亦即接收的目前圖框)和前一位置之圖框作比較。由於外部記憶體20佇列係視為一頭尾相連之封閉資料結構，因此，如果指標器的位置為外部記憶體20的第一位置，則指標器的前一位置即為外部記憶體20的最後位置。換句話說，佇列的第一位置係連接至最後位置。如果二圖框經比較器24比較後為不同，則比較器24的比較結果信號CS為邏輯”1”，否則為邏輯”0”。如果比較結果為不同(亦即CS=1)，則遞增指標器的位置(步驟34)；否則，維持指標器的位置。

接著，於步驟35，圖框速率轉換器22根據指標器以擷取圖框，進行內插及圖框輸出。詳而言之，根據第四圖所示的例子可得知，於任一時間，指標器所指位置即為該時間所接收圖框。藉此，若圖框速率轉換器22欲輸出前一圖框，則可自指標器的前一位置進行擷取。例如，於時間t6(b)欲輸出圖框B，則可自指標器(第三位置)的前一位置(第二位置)擷取得到圖框B。若圖框速率轉換器22欲進行內插，則可根據指標器位置擷取所需圖框。例如，於時間t11(a)欲進行前二圖框C、D的內插，則可自指標器的前一位置及前二位置分別擷取得到圖框C、D；若於時間t12(a)欲進行前一/目前圖框D、E的內插，則可自指標器的位置及前一位置分別擷取得到圖框D、E。

第五圖例示2：2影片模式圖框速率轉換時的外部記憶 體20之載入及擷取。上述實施例雖以3：2及2：2影片模式圖框速率轉換作為例示，然而本發明實施例可適用於其他的影片模式，例如3：2：2：3、3：2：3：2：2或2：2：2：4，其細節不再贅述。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

20‧‧‧外部記憶體

22‧‧‧圖框速率轉換器(FRUC)

24‧‧‧比較器

201‧‧‧第一擷取路徑

202‧‧‧第二擷取路徑

Fn‧‧‧目前圖框

Fn-1‧‧‧前一圖框

CS‧‧‧比較結果信號

Claims (14)

1. 一種影片模式的圖框速率轉換系統，包含：一外部記憶體，依序接收並載入影片模式圖框至該外部記憶體內，該外部記憶體包含一佇列(queue)，其具一指標器(pointer)以指示下一個接收圖框的載入位置；一比較器，將該指標器所指之目前圖框和前一位置之圖框作比較，如果二圖框經比較後為不同，則遞增該指標器的位置，否則，維持該指標器的位置；及一圖框速率轉換器，其根據該指標器而自該外部記憶體擷取圖框以進行圖框速率轉換，若該圖框速率轉換器欲輸出前一圖框，則可自該指標器的前一位置進行圖框擷取。
2. 如申請專利範圍第1項所述影片模式的圖框速率轉換系統，其中上述之圖框速率轉換器僅藉由第一擷取路徑自該外部記憶體擷取一或二圖框以進行圖框速率轉換。
3. 如申請專利範圍第1項所述影片模式的圖框速率轉換系統，其中上述之圖框速率轉換器藉由第一擷取路徑自該外部記憶體擷取前一圖框，並藉由第二擷取路徑接收目前圖框以進行圖框速率轉換。
4. 如申請專利範圍第1項所述影片模式的圖框速率轉換系統，其中上述之影片模式圖框為3：2或2：2影片模式圖框。
5. 如申請專利範圍第1項所述影片模式的圖框速率轉換系統，若該圖框速率轉換器欲進行內插，則可根據該指標器位置擷 取所需圖框。
6. 如申請專利範圍第5項所述影片模式的圖框速率轉換系統，若該圖框速率轉換器欲進行前二圖框的內插，則自該指標器的前一位置及前二位置分別擷取得到圖框。
7. 如申請專利範圍第5項所述影片模式的圖框速率轉換系統，若該圖框速率轉換器欲進行前一、目前圖框的內插，則自該指標器的位置及前一位置分別擷取得到圖框。
8. 一種影片模式的圖框速率轉換方法，包含：依序接收並載入影片模式圖框至一外部記憶體內，該外部記憶體包含一佇列(queue)，其具一指標器(pointer)以指示下一個接收圖框的載入位置；比較該指標器所指之目前圖框和前一位置之圖框，如果二圖框經比較後為不同，則遞增該指標器的位置，否則，維持該指標器的位置；及根據該指標器而自該外部記憶體擷取圖框以進行圖框速率轉換，若欲輸出前一圖框，則可自該指標器的前一位置進行圖框擷取。
9. 如申請專利範圍第8項所述影片模式的圖框速率轉換方法，其中上述之圖框速率轉換步驟僅藉由第一擷取路徑自該外部記憶體擷取一或二圖框以進行圖框速率轉換。
10. 如申請專利範圍第8項所述影片模式的圖框速率轉換方法，其中上述之圖框速率轉換步驟藉由第一擷取路徑自該外部記憶體擷取前一圖框，並藉由第二擷取路徑接收目前圖框以進行圖框 速率轉換。
11. 如申請專利範圍第8項所述影片模式的圖框速率轉換方法，其中上述之影片模式圖框為3：2或2：2影片模式圖框。
12. 如申請專利範圍第8項所述影片模式的圖框速率轉換方法，若該圖框速率轉換步驟欲進行內插，則可根據該指標器位置擷取所需圖框。
13. 如申請專利範圍第12項所述影片模式的圖框速率轉換方法，若該圖框速率轉換步驟欲進行前二圖框的內插，則自該指標器的前一位置及前二位置分別擷取得到圖框。
14. 如申請專利範圍第12項所述影片模式的圖框速率轉換方法，若該圖框速率轉換步驟欲進行前一、目前圖框的內插，則自該指標器的位置及前一位置分別擷取得到圖框。